Новости химической науки > Первым сахарам были необходимы силикаты

Результаты нового исследования, проведенного исследователями из США, позволяют предположить, что первые сложные углеводы, образовавшиеся на Земле, формировались при незначительной помощи силикат-анионов.

Это открытие может привести к тому, что реакция Бутлерова (formose reaction), роль которой в зарождении жизни на Земле чаще всего подвергалось сомнению, снова вернется в список процессов, ключевых для биогенеза.

Восходящий синтез треозы из гликолевого альдегида. (Рисунок из Science, 2010, 327, 984)

О роли реакции Бутлерова (это автокаталитическая реакция синтеза различных сахаров из альдегидов в слабощелочных водных растворах в присутствии ионов металлов, описанная А.М. Бутлеровым в 1864 году) как основного источника углеводов в пребиотической истории Земли стали говорить шесть десятков лет назад.

Однако, как поясняет возглавлявший исследование Джозеф Ламберт (Joseph Lambert) из Северо-западного Университета отмечает, что роль этой реакции в формировании «первичного бульона» часто подвергалась сомнению, главным образом из-за того, что углеводы отличаются низкой стабильностью. Однако, как добавляет Ламберт, у исследователей нет другого предположения о реакции – источнике углеводов. Он добавляет, что реакция Бутлерова проста и позволяет получать значительное количество углеводов.

Основываясь на ранее опубликованных результатах исследования, описывающих реакцию силиката натрия (Na₂SiO₃) с рядом полигидроксилсодержащих соединений, Ламберт предположил, что углеводы – самые биологически значимые представители полигидроксилсодержащих соединений также могут взаимодействовать с силикатом натрия.

Исследователям из группы Ламберта не только удалось подтвердить свои предположения, продемонстрировав возможность протекания этой реакции, но и доказать, что силикат может стабилизировать образующийся углевод.

Анализ масс-спектра реакционной смеси, полученной исследователями, показал, что такие углеводы как гликолевый альдегид и глицериновый альдегид, содержащие соответственно два или три атома углерода, взаимодействуют с образованием углеводов большего размера, которые затем образуют комплексы с силикатами, образуя стабильные эфиры углеводов и кремниевой кислоты. Ламберт отмечает, что, теоретически, рибоза и дезоксирибоза, углеводы, являющиеся строительными блоками нуклеиновых кислот, могли образоваться по сходному механизму.

Нильс Хольм (Nils Holm) изучающий пребиотический синтез органических соединений, в Университете Стокгольма, отмечает, что предположение Ламберта вполне жизнеспособно, хотя для протекания подобного рода реакций и необходима сильнощелочная среда, только при которой из силикатных минералов (например, оливина) могут образоваться необходимые для этой реакции свободные силикат-анионы SiO₃^2–.

Однако Ламберт заявляет, что его гипотеза учитывает не только свободные силикат-анионы. Он полагает, что реакции, которые обсуждаются в его работе, могут протекать на поверхности некоторых глинистых пород с локальными островками повышенного pH. В настоящее время исследователи из его группы изучают каталитическую активность глинозема в реакции Бутлерова, считая, что эти породы могут объяснить хиральность органических соединений. Ламберт заявляет, что в природе можно встретить хиральные глиноземы, поэтому исследователи надеются на то, что обнаружат катализируемую хиральными глиноземами породами реакцию Бутлерова, приводящую к стереоселективному образованию хиральных углеводов.

Источник: Science, 2010, 327, 984, DOI: 10.1126/science.1182669

метки статьи: #биохимия, #неорганическая химия, #органическая химия, #химия поверхности