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La présence d'acides aminés sur la Terre prébiotique est largement acceptée, soit issu de processus chimiques endogènes, soit délivré par du matériel extraterrestre. D'autre part, les voies prébiotiques plausibles vers les peptides reposent souvent sur différentes approches aqueuses où la condensation des acides aminés est thermodynamiquement défavorable. Maintenant, des chimistes de l'Institut Ruđer Bošković (RBI), en collaboration avec des collègues de Xellia Pharmaceuticals, ont montré que l'activation mécanochimique à l'état solide de la glycine et de l'alanine en combinaison avec des surfaces minérales conduit à la formation de peptides.
Cette recherche montre pour la première fois l'utilité de l'activation mécanochimique pour la synthèse prébiotique de biomolécules plus grosses comme les peptides. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Angewandte Chemie .
La chimie prébiotique étudie les transformations chimiques dans des conditions plausibles pour la Terre primitive (environ avant 4,3 à 3,7 milliards d'années) qui auraient pu conduire à la vie. Étant donné que la surface de la Terre a changé par différents processus géologiques au fil du temps, il n'y a aucune preuve historique qui expliquerait sans ambiguïté comment la vie est apparue.
On considère généralement qu'à partir de l'inventaire chimique primordial, des molécules plus complexes ont émergé par évolution chimique qui a ensuite conduit à la vie.
Les conditions de réaction acceptées comme plausibles sont les milieux aqueux, interactions interfaciales eau/roche, et un environnement à l'état solide sans eau.
Les sources prébiotiques d'énergie mécanique sur la Terre prébiotique comprenaient probablement des impacts, érosion, érosion, tectonique, et tremblements de terre, tandis que les paramètres géothermiques fournissaient les apports locaux d'énergie thermique.
La formation de liaisons peptidiques est l'une des transformations chimiques clés dans le domaine de la chimie prébiotique. On considère que les peptides ont joué un rôle catalytique important dans la formation d'autres biomolécules et ont été inclus dans la symbiose moléculaire primordiale avec les acides nucléiques. Les stratégies actuelles pour la synthèse des liaisons peptidiques prébiotiques reposent sur la ligature du -aminonitrile dans l'eau et l'utilisation de cycles humides/secs pour la condensation des acides aminés.
Des chercheurs du RBI, Dr José G. Hernández, Dr Krunoslav Užarević, et Ph.D. étudiant Tomislav Stolar, en collaboration avec des scientifiques de Xellia, Dr Ernest Meštrovi, doctorat l'étudiant Saša Grubeši et le Dr Nikola Cindro du Département de chimie de la Faculté des sciences (Université de Zagreb), ont montré que la formation mécanochimique de liaisons peptidiques prébiotiques se produit en l'absence d'eau.
L'équipe a découvert que le broyage mécanochimique de la glycine en présence de minéraux tels que TiO
Expériences avec la dicétopipérazine (DKP), diglycine, et la triglycine a montré que la formation de liaisons peptidiques mécanochimiques est un processus dynamique et réversible avec création et rupture simultanées de liaisons peptidiques.
Notamment, le broyage à billes du mélange de glycine et de L-alanine entraîne la formation de leurs hétéro-oligopeptides. La chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et la spectrométrie de masse (MS) ont été utilisées pour analyser les produits de réaction.
De longs oligomères de glycine obtenus par voie mécanochimique auraient pu offrir un accès à une bibliothèque plus diversifiée de peptides sur la Terre prébiotique grâce à des modifications chimiques telles que la -alkylation. Les résultats de cette étude complètent les procédures expérimentales existantes en chimie prébiotique et offrent une voie de synthèse alternative aux peptides dépourvus d'eau.
"La question de l'origine de la vie est l'une des plus importantes en science et nécessite une approche interdisciplinaire pour l'étudier. Par conséquent, les agences spatiales telles que la NASA et la JAXA investissent d'importantes ressources pour acquérir de nouvelles connaissances fondamentales. Par exemple, Les récentes missions d'échantillonnage d'astéroïdes Hayabusa2 et OSIRIS-REx offriront des indices sur l'inventaire chimique disponible à l'époque où la vie a émergé sur Terre.
"[Les] premiers échantillons de l'astéroïde ont été ramenés sur Terre en décembre 2020 et d'autres sont attendus en 2023. Avec l'identification de matériaux extraterrestres dans ces échantillons, il est important de mener des expériences de laboratoire qui expliqueraient leur présence et leur mécanisme de formation. De telles études fondamentales peuvent ensuite être appliquées à la chimie synthétique moderne. » déclare Tomislav Stolar, premier auteur de la publication.
