Минералы могли сыграть роль в первичном формировании метаболизма

Исследователи из Китая предприняли еще один шаг по направлению к пониманию того, как могла появиться жизнь на Земле. Они продемонстрировали, что ключевой для обмена веществ процесс может протекать в условиях фотокатализа на поверхности распространенного минерала.

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, цитратный цикл) центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ. У некоторых из бактерий реализуется обращенный (восстановительный) цикл трикарбоновых кислот, в результате которого органические соединения образуются исходя из воды и диоксида углерода. Многие ученые предполагают, что восстановительный цикл трикарбоновых кислот представлял собой основной элемент примордиального метаболизма.

Вей Вонг (Wei Wang) из Технологического Института Харбина заявляет, что реакции, приводящие к образованию биологически важных молекул, и основные для метаболизма процессы могли впервые реализовываться на поверхности сульфидных минералов, располагавшихся вблизи от подводных гидротермальных источников. Новое предположение может объяснить наличие металлсульфидных кластеров в активном центре ферментов, встречающихся у большинства организмов.

Исследователи из группы Вонга изучали способности минерала сфалерита (ZnS) в фотокаталитическом обратимом восстановительном аминировании α-кетокислот, этот процесс может обеспечивать подготовку метаболитов к участию в обращенном цикле трикарбоновых кислот (окислительно-восстановительном гомеостазе). Вонг отмечает, что ранее основная часть исследований была направлена на изучении интермедиатов метаболитических процессов и реакций, приводящих к увеличению числа атомов углерода в цепи, однако изучению древнего оксилительно-восстановительного гомеостаза практически не уделялось внимания.

Эксперименты Вонга показали, что при облучении ультрафиолетом сфалерит катализирует восстановительное аминирование α-кетоглутарата (интермедиата восстановительного цикла трикарбоновых кислот) до глутаминовой кислоты и обратную реакцию. Было обнаружено, что система катализирует еще три процесса обратимого аминирования, ключевых для окислительно-восстановительного гомеостаза – конверсию глицина, аланина и аспарагиновой кислоты в метаболиты восстановительного цикла трикарбоновых кислот. Новые результаты не только позволяют предположить о новом способе добиотического образования аминокислот, но и позволяют строить гипотезы о регуляции добиотического метаболизма.

В настоящее время Вонг планирует продолжить исследование восстановительно-обращенного цикла трикарбоновых кислот, подобрав такие добавки переходных металлов к сфалериту, которые позволили бы новой каталитической системе осуществлять фотокатализ процессов первичного гомеостаза, иницированных не ультрафиолетом, а видимым солнечным светом.