I peptidi sono una delle biomolecole più piccole e sono uno dei mattoni fondamentali della vita. Una nuova ricerca mostra che potrebbero formarsi sulla superficie dei granelli ghiacciati nello spazio. Questa scoperta dà credito all’idea che meteoroidi, asteroidi o comete avrebbero potuto dare una spinta d’inizio alla vita sulla Terra schiantandosi contro il pianeta e fornendo mattoni biologici.
I peptidi sono brevi catene di amminoacidi e gli amminoacidi sono i mattoni delle proteine. Quando i peptidi si uniscono in una catena, sono chiamati polipeptidi. Una catena di 50 polipeptidi formano una proteina. Le proteine sono biomolecole più grandi che svolgono molti ruoli biologici critici, quindi non ci sarebbero proteine e non ci sarebbe vita senza peptidi. Ogni cellula e tutti i tessuti del corpo contengono peptidi.
Emil Fischer ha scoperto i peptidi e il legame peptidico all’inizio del XX secolo. Nel 1902 vinse il Premio Nobel per la chimica. Fischer pensava che sarebbe arrivato il giorno in cui gli scienziati avrebbero potuto utilizzare la scienza dei peptidi per sintetizzare le proteine. Ora viviamo in un’era di costante scoperta e sintesi di peptidi, che porta a più di 80 nuove terapie che trattano un’ampia gamma di malattie. I peptidi sono fondamentali e il loro uso è diffuso. La loro scoperta ha contribuito a inaugurare un’epoca segnata da un’esplosione nella nostra comprensione dei processi biologici.
La loro scoperta nello spazio potrebbe portarci alla comprensione delle origini della vita.
L’origine dei peptidi
I peptidi dovevano avere origine da qualche parte. I ricercatori hanno scoperto altri elementi costitutivi come gli aminoacidi nello spazio negli ultimi anni. Gli astronomi hanno trovato amminoacidi nei meteoriti caduti sulla Terra e hanno scoperto la glicina in una cometa insieme a sali di ammonio e composti alifatici. Ora sembra che possiamo aggiungere i peptidi all’elenco dei mattoni organici che si trovano naturalmente nello spazio.
Se questa nuova ricerca è accurata, i processi naturali nello spazio possono produrre elementi costitutivi pre-biologici di base. Ciò suggerisce che la possibilità dell’emergere della vita potrebbe essere diffusa e che qualsiasi pianeta o luna fertile è stato probabilmente seminato con questi mattoni.
La ricerca proviene da scienziati dell’Università di Jena e del Max Planck Institute for Astronomy. L’articolo è intitolato “Un percorso verso i peptidi nello spazio attraverso la condensazione del carbonio atomico“. L’autore principale è Serge Krasnokutski e l’articolo è pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.
“È un fatto sorprendente che esistano molecole organiche complesse nelle regioni più dense tra le stelle, nei dischi protoplanetari, nei meteoriti primitivi e nelle comete”, ha affermato Thomas Henning, coautore del nuovo studio e direttore del Max Planck Institute for Astronomy.
Nel loro articolo, i ricercatori sottolineano che molecole complesse sono presenti nel mezzo interstellare (ISM). Precedenti ricercatori hanno simulato le condizioni ISM in laboratorio e prodotto le stesse molecole complesse. Ma c’è un limite a quel tipo di ricerca. “Fino ad ora, tuttavia, è stato dimostrato che solo molecole relativamente piccole di interesse biologico si formano sperimentalmente in condizioni spaziali tipiche”, spiegano.
La ricerca
Questa ricerca si concentra sulle superfici ghiacciate dei granelli di polvere, in particolare atomi di carbonio o silicato, che esistono nelle nubi molecolari giganti (GMC). Se sottraiamo le quantità dominanti di idrogeno ed elio nelle GMC, questi atomi costituiscono la metà della massa rimanente in GMC. Gli atomi di carbonio e silicato sono raggruppati insieme in conglomerati di diametro inferiore a un milionesimo di metro. La loro posizione all’interno delle GMC è vitale perché le stelle, e alla fine i pianeti, si formano dal materiale nelle GMC. Questo è l’inizio del potenziale legame tra i peptidi e la vita sulla Terra o altrove.
Questo lavoro è diverso dal lavoro precedente che ha prodotto piccole molecole biologicamente importanti. I peptidi sono catene di amminoacidi, quindi sono più grandi di cose come la formaldeide prodotta in precedenza. Questa nuova ricerca si concentra sugli strati ghiacciati dei conglomerati di atomi di carbonio e silicati. Questi strati forniscono un laboratorio naturale in cui i materiali aderiscono al ghiaccio ed entrano in stretto contatto tra loro. Quella vicinanza consente alle reazioni chimiche di formare molecole più complesse.
“Qui dimostriamo sperimentalmente che la condensazione di atomi di carbonio sulla superficie di particelle solide fredde (polvere cosmica) porta alla formazione di monomeri isomerici di poliglicina (molecole di aminoketene). A seguito di incontri tra le molecole di aminoketene, polimerizzano per produrre peptidi di diverse lunghezze”, scrivono gli autori.
Questa scoperta si basa fortemente sugli sforzi scientifici dell’autore principale Serge Krasnokutski. È interessato alla chimica degli atomi di carbonio, in particolare gli atomi di carbonio freddi che si trovano nello spazio. Krasnokutski ha sviluppato e poi brevettato un metodo per produrre atomi di carbonio freddi che consente agli esperimenti di laboratorio di duplicare le condizioni nello spazio. I laboratori di tutto il mondo ora usano questo metodo.
Nel 2020 Krasnokutski ha pubblicato risultati che mostrano che la glicina, che è l’amminoacido più semplice, potrebbe formarsi sulla superficie dei granelli di polvere con l’aiuto di atomi di carbonio freddi. Dimostrò che queste reazioni chimiche non avevano bisogno di fotoni ultravioletti come fonte di energia.
“I singoli atomi di carbonio sono sorprendentemente reattivi, anche alle temperature più basse“, ha detto Krasnokutski. “Agiscono come ‘colla molecolare‘ che unisce le molecole e trasforma le sostanze inorganiche in sostanze organiche”.
Una volta che si formano amminoacidi semplici come la glicina, la domanda successiva si pone quasi da sola. Questi acidi possono formare catene più lunghe di peptidi o proteine nello spazio?
L’unico modo per scoprirlo era ideare e condurre gli esperimenti giusti. Il team di ricercatori doveva replicare le condizioni chiave degli atomi di carbonio freddi nello spazio. Hanno utilizzato un metodo precedentemente sviluppato presso il Laboratory Astrophysics Group dell’MPIA presso l’Università di Jena. Il metodo è incentrato su una camera Ultra-High Vacuum (UHV), che crea il vuoto che si trova nelle nubi molecolari nell’ISM.
All’interno dell’UHV, i ricercatori hanno simulato la superficie di granelli di polvere ghiacciata e hanno depositato atomi e molecole sulle loro superfici. Hanno scoperto che l’aminoketene si formava sulla superficie fredda. L’aminoketene è il precursore della glicina, il più semplice degli aminoacidi. Hanno anche trovato prove di bande peptidiche, un tipo di legame chimico che lega insieme gli amminoacidi in brevi catene di peptidi, nonché in catene più lunghe di proteine.
Quelle bande peptidiche si sono mostrate solo quando il team ha riscaldato i loro campioni al di sopra della temperatura all’interno delle nuvole molecolari. Quindi possono verificarsi naturalmente quando si forma una nuova stella o quando i granelli di polvere si depositano sulla superficie di un pianeta nella zona abitabile di una stella. “Insieme, la chimica a bassa temperatura che forma l’aminoketene e il riscaldamento che consente alle molecole di aminoketene di legarsi per formare il peptide potrebbero creare peptidi sui granelli di polvere interstellare“, afferma in sintesi il comunicato stampa.
Il team ha scoperto un nuovo percorso per la formazione di peptidi. E richiede meno energia rispetto ad altri percorsi, il che significa che potrebbe avvenire naturalmente nel freddo dello spazio. Inoltre, richiede atomi di C, monossido di carbonio e ammoniaca, che sono le specie di molecole più abbondanti nell’ISM.
Il carbonio è al centro di tutto questo, proprio come in tutta la vita. “I singoli atomi di carbonio avviano una chimica ricca e diversificata. Anche nelle condizioni che si trovano nello spazio esterno, quella chimica va molto più in là di quanto si pensasse in precedenza, verso ciò che è necessario per l’emergere della vita“, ha affermato Krasnokutski.
Ingredienti per la vita
Gli scienziati stanno scoprendo che gli ingredienti per la vita sono più diffusi di quanto pensassero. Con questo studio, stiamo scoprendo che alcuni di questi ingredienti possono combinarsi in blocchi biologici in un punto improbabile: il vuoto gelido all’interno delle nuvole molecolari nell’ISM. La complessità di questi elementi costitutivi aumenta quando le condizioni si riscaldano.
Questi risultati rafforzano l’idea di panspermia molecolare. Quell’idea dice che mentre la vita è rara, gli elementi costitutivi sono diffusi. Questi elementi costitutivi si sono probabilmente diffusi su ogni pianeta e luna, sebbene la vita sia impossibile nella maggior parte dei mondi. Se questo è vero, allora la vita è probabilmente sorta su moltitudini di lune e pianeti in tutto l’Universo.
Ma la ricerca mostra che molti mondi, sebbene possano aver vissuto un periodo di abitabilità, non sono mai rimasti abitabili a lungo. Ciò significa che la Terra è ancora una rarità, forse anche unica.
È l’unico posto che conosciamo dove minuscoli mattoni forgiati nel vuoto gelido dello spazio esterno alla fine si sono evoluti in una vita complessa abbastanza intelligente da studiarne le origini.
Precedentemente pubblicato su Universetoday.com
