Woher kamen die ersten Zucker?
Chemiker schlagen vor, dass Glyoxylat die ursprüngliche Zuckerquelle auf der "präbiotischen" Erde gewesen sein könnte
Zwei prominente Chemiker, die sich mit der Entstehung des Lebens befassen, haben eine neue Hypothese veröffentlicht, wie die ersten Zucker - die für die Entwicklung des Lebens notwendig waren - auf der frühen Erde entstanden sind.
Eine neue Hypothese besagt, dass die ersten Zucker aus Glyoxylat (dargestellt als zentrales Molekül) entstanden sind. Nach dieser Hypothese reagiert Glyoxylat zunächst mit sich selbst und dann mit den Nebenprodukten dieser Reaktionen, wodurch schließlich Einfachzucker und andere Produkte (dargestellt als die umgebenden Moleküle) entstehen.
Scripps Research and Unsplash
In einem Artikel, der am 13. April 2023 in der Zeitschrift Chem erschien, schlagen die Chemiker von Scripps Research und dem Georgia Institute of Technology vor, dass wichtige Zucker, die für die Entstehung früher Lebensformen benötigt wurden, aus Reaktionen mit Glyoxylat (C2HO3–) entstanden sein könnten, einer relativ einfachen Chemikalie, die wahrscheinlich schon auf der Erde existierte, bevor sich das Leben entwickelte.
"Wir zeigen, dass unsere neue Hypothese entscheidende Vorteile gegenüber der traditionelleren Ansicht hat, dass frühe Zucker aus der Chemikalie Formaldehyd entstanden sind", sagt Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, Professor in der Abteilung für Chemie bei Scripps Research.
Krishnamurthys Mitautor war Charles Liotta, PhD, emeritierter Regents' Professor an der School of Chemistry and Biochemistry des Georgia Institute of Technology.
Chemiker, die sich mit dem Ursprung des Lebens beschäftigen, versuchen zu erklären, wie die grundlegenden molekularen Bausteine und Reaktionen, die für das Leben notwendig sind, aus den einfachen Chemikalien entstanden sein könnten, die wahrscheinlich auf der "präbiotischen" Erde vorhanden waren. Das übergeordnete Ziel dieses Fachgebiets ist die Beantwortung der grundlegenden Frage, wie unser lebender Planet entstanden ist. Seine Entdeckungen können aber auch in viele andere Bereiche einfließen, von der Atmosphärenforschung und Geologie bis zur synthetischen Biologie und der Suche nach Leben auf anderen Planeten.
Die drei Hauptklassen biologischer Moleküle, deren Verfügbarkeit durch die Chemie der Entstehung des Lebens erklärt werden muss, sind: die Aminosäuren, aus denen die Proteine bestehen, die Nukleobasen, aus denen die "Buchstaben" der DNA und RNA bestehen, und die Zucker (auch Kohlenhydrate genannt), die in der gesamten Biologie zu finden sind, auch in der verdrehten Rückgratstruktur der DNA und RNA. Nach den vorherrschenden Theorien sind die Aminosäuren wahrscheinlich aus Ammoniak (NH3) entstanden, während die Nukleobasen aus Blausäure (HCN) entstanden sind.
Der Ursprung der Zucker ist weniger klar. Viele Wissenschaftler glauben, dass die ersten Zucker durch Reaktionen mit Formaldehyd (CH2O) entstanden sind, aber diese Theorie hat einige Nachteile.
"Die von dieser Theorie vorgeschlagenen Formaldehydreaktionen sind ziemlich chaotisch - sie haben unkontrollierte Nebenreaktionen und andere Nachteile aufgrund der hohen Reaktivität von Formaldehyd unter den angenommenen Bedingungen der frühen Erde", sagt Liotta.
Die von den Chemikern vorgeschlagene Alternative ist eine "Glyoxylose-Reaktion", bei der Glyoxylat zunächst mit sich selbst reagiert und einen nahen Verwandten des Formaldehyds, den Glycolaldehyd, bildet. Die Forscher vermuten, dass Glyoxylat, Glykolaldehyd, ihre Nebenprodukte und andere einfache Verbindungen weiterhin miteinander reagieren könnten, um schließlich Einfachzucker und andere Produkte zu erzeugen - ohne die Nachteile von Reaktionen auf Formaldehydbasis.
Glyoxylat spielt in den Theorien über den Ursprung des Lebens bereits eine wichtige Rolle. Der Schweizer Chemiker Albert Eschenmoser schlug 2007 vor, dass eine Form davon die Quelle für mehrere ursprüngliche Biomoleküle gewesen sein könnte. Krishnamurthy und der Chemiker Greg Springsteen, PhD, von der Furman University schlugen in einem Nature Chemistry-Papieraus dem Jahr 2020 vor, dass Glyoxylat dazu beigetragen haben könnte, eine ursprüngliche Version des modernen TCA-Zyklus (Tricarbonsäure) zu initiieren, einen grundlegenden Stoffwechselprozess, der in den meisten Lebensformen auf der Erde zu finden ist.
Krishnamurthy und sein Team arbeiten derzeit daran, im Labor nachzuweisen, dass das Glyoxylose-Reaktionsszenario tatsächlich zu den ersten Zuckern geführt haben könnte.
"Ein solcher Nachweis würde die Rolle von Glyoxylat als vielseitiges Molekül in der präbiotischen Chemie erweitern und die Suche nach seinem eigenen Ursprung auf der präbiotischen Erde weiter anregen", sagt Krishnamurthy.
Die Chemiker untersuchen auch potenzielle kommerzielle Anwendungen von Reaktionen, bei denen Glyoxylat hergestellt wird, da diese effektivCO2 verbrauchen und somit zur Senkung des CO2-Gehalts eingesetzt werden können, entweder lokal in der Industrie oder global zur Bekämpfung der globalen Erwärmung.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
The Potential of Glyoxylate as a Prebiotic Source Molecule and a Reactant in Protometabolic Pathways – The Glyoxylose Reaction; Chem 2023
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