Urea kao vrata života

Foto: Shutterstock

Istraživači iz švajcarskog Federalnog instituta za tehnologiju u Cirihu i Univerziteta u Ženevi razvili su novi metod koji im omogućava da posmatraju u vrlo visokoj temporalnoj rezoluciji hemijske reakcije koje se odigravaju u tečnostima. Ovo znači da mogu ispitati kako se molekuli menjaju u roku od samo nekoliko famtosekundi. Metod je baziran na ranijem radu iste grupe istraživača koje predvodi Hans Jakob Verner, profesor fizičke hemije. Taj rad je dao slične rezultate za reakcije u gasovitim sredinama.

Kako bi proširili opservacije rendgenskom spektroskopijom na tečnosti, istraživači su morali da naprave aparat sposoban da proizvede mlaz tečnosti prečnika manjeg od jednog mikrometra u vakuumu. To je bilo važno zato što bi, ako je mlaz širi, došlo do apsorpcije nekih rendgenskih zraka korišćenih za merenje.

Preporučujemo

Molekularni pionir u biohemiji

Koristeći novi metod, istraživači su mogli da steknu uvid u procese koji su doveli do nastanka života na Zemlji. Mnogi naučnici pretpostavljaju da je urea igrala bitnu ulogu u tome. Reč je o jednom od najjednostavnijih molekula koji sadrži i ugljenik i azot. Štaviše, veoma je verovatno da je urea bila prisutna čak i kad je Zemlja bila vrlo mlada, što je sugerisao i čuveni eksperiment iz 1950-ih: američki naučnik Stenli Miler napravio je smesu tih gasova za koje se veruje da su sačinjavali primordijalnu atmosferu planete i izložio je uslovima oluje s grmljavinom. Rezultat je bio niz molekula, od kojih je jedan bio urea.

Prema sadašnjim teorijama, urea je mogla biti obogaćena u toplim baricama – obično zvanim primordijalna supa – na tada beživotnoj Zemlji. Dok bi voda u toj supi isparavala, koncentracija uree se povećavala. Putem izlaganja jonizujućem zračenju kao što su kosmički zraci, moguće da je koncetrovana urea proizvela malonsku kiselinu u više koraka sinteze. Ovo je zatim moglo stvoriti gradivne blokove RNK i DNK.

Zašto se desila baš ova reakcija

Koristeći svoj novi metod, istraživači su ispitivali prvi korak u dugom nizu hemijskih reakcija da bi otkrili kako se rastvor koncentrovane uree ponaša kad je izložen jonizujućem zračenju.

Važno je znati da se molekuli uree u rastvoru koncentrovane uree grupišu u parove, zvane dimeri. Kao što su istraživači sad pokazali, jonizujuće zračenje uzrokuje da se atom vodonika unutar svakog dimera pomeri od jednog molekula uree do drugog. Ovo pretvara jedan molekul uree u protonizovani molekul uree, a drugi u radikal uree. Ovaj drugi je veoma hemijski reaktivan – toliko reaktivan, u stvari, da je vrlo moguće da će reagovati sa drugim molekulima, stvarajući tako i malonsku kiselinu.

Istraživači su takođe uspeli da pokažu da se transfer atoma vodonika dešava veoma brzo, za otprilike samo 150 famtosekundi. „To je toliko brzo da ova reakcija pretiče sve druge reakcije koje bi se takođe mogle teorijski odigrati“, kaže Verner. „Ovo objašnjava zašto rastvori koncentrovane uree proizvode radikale uree umesto da ugoste druge reakcije koje bi proizvele druge molekule“.

Reakcije u tečnostima su veoma važne

Verner i njegove kolege žele da u budućnosti ispitaju sledeće korake koji vode do stvaranja malonske kiseline. Nadaju se da će im to pomoći da shvate poreklo života na Zemlji.

Što se njihovog novog metoda tiče, takođe se može generalno koristiti za ispitivanje preiznog redosleda hemijskih reakcija u tečnostima. „Mnoštvo značajnih hemijskih reakcija se dešava u tečnostima – ne samo svi biohemijski procesi u ljudskom telu, već i veliki broj hemijskih sinteza značajnih za industriju“, kaže Verner. „Zato je toliko važno da smo sad proširili obim rendgenske spektroskopije u visokoj temporalnoj rezoluciji da uključi reakcije u tečnostima“.

Istraživačima iz Instituta za tehnologiju u Cirihu i Univerzizeta u Ženevi pomogle su kolege iz nemačkog istraživačkog centra DESY u Hamburgu, izvodeći kalkulacije potrebne za interpretaciju rezultata merenja.

(Telegraf Nauka/Science Daily)