RNK, vitalna komponenta savremenog života, posjeduje jedinstvenu sposobnost samoumnožavanja i katalizovanja raznih hemijskih reakcija. Izazov leži u razumijevanju kako su građeni blokovi RNK, poznati kao ribonukleotidi, nastali u haotičnim uslovima rane Zemlje, te nakon toga spojeni u RNK.
Hemičari, poput Kvok Fong Trana sa Univerziteta Nju Sout Vles (UNSW) u Sidneju, aktivno su uključeni u ponovno stvaranje zamršenog lanca reakcija potrebnih za formiranje RNK tokom procesa pojave života na Zemlji. Kako Tran kaže, ključ je identifikovati hemijske reakcije koje su se mogle dogoditi u složenim i neukroćenim uslovima Zemlje prije nekoliko milijardi godina.
Studija koju su sproveli Tran i njegov tim istražuje potencijalnu ulogu takozvanih autokatalitičkih reakcija, gdje proizvedene hemikalije podstiču nastavak iste reakcije, omogućujući održivost u različitim okruženjima. Integracija autokatalize u priznati hemijski put za proizvodnju ribonukleotida (i nastanak života) postaje vjerovatan scenario, s obzirom na jednostavnost molekula i zamršene uslove koji su preovladavali na ranoj Zemlji.
Reakcija formoze – autokataliza na djelu i povezivanje tačaka s proizvodnjom ribonukleotida
Autokatalitičke reakcije, sveprisutne u biologiji, kreću se od regulacije otkucaja srca do formiranja uzorka školjki. Reakcija formoze (bazna kondenzacija formaldehida u ugljene-hidrate), koju je otkrio ruski hemičar Aleksandr Mihajlovič Butlerov 1861. godine, pojavljuje se kao funmentalni primjer autokatalize, primjenjive na ranoj Zemlji. Počevši od glikolaldehida, ta reakcija, koja se oslanja na kontinuisano obezbjeđivanje formaldehidom, stvara veće molekule kroz samoodrživi mehanizam. Međutim, kada se formaldehid smanji, reakcija se zaustavlja, što dovodi do razgradnje proizvoda u katran.
Tranova studija istražuje integraciju reakcije formoze i proizvodnje ribonukleotida, posebno “Powner-Sutherland” puta (dobro poznati hemijski put za stvaranje ribonukleotida). Uprkos izazovima koji proizlaze iz neselektivne prirode reakcije formoze, dodavanje cijanamida uvodi intrigantan obrt, piše Tran. Ta jednostavna molekula preusmjerava neke od proizvoda reakcije prema proizvodnji ribonukleotida, što rezultira manjom količinom, ali s povećanom stabilnošću i smanjenom razgradnjom.
Odstupanje od tradicionalnih pristupa i moguća industrijska primjena
Tradicionalno, hemičari se usredotočuju na pojedinačne puteve kako bi povećali količinu i čistoću proizvoda, izbjegavajući složenost. Međutim, Tranova studija odstupa od ovog redukcionističkog pristupa, pokazujući važnost istraživanja dinamičkih interakcija između različitih hemijskih puteva. Te interakcije, koje se događaju sveprisutno van laboratorija, služe kao potencijalni most između hemije i biologije.
Autokataliza se proteže dalje od teoretskih potraga, pronalazeći praktične primjene u industriji. Tranovo istraživanje, ugradnjom cijanamida u formoznu reakciju, daje spoj, 2-aminooksazol, relevantan u hemijskim istraživanjima i farmaceutskoj proizvodnji. Ta bi inovacija mogla smanjiti troškove u farmaceutskoj sintezi, posebno ako se reakcija formoze može koristiti s minimalnom količinom glikolaldehida, koji je skupa komponenta, prenosi N1.
Tranovo istraživanje autokatalize, reakcija formoze i proizvodnje ribonukleotida ne samo da doprinosi razumijevanju porijekla života, već obećava i industrijske primjene, potencijalno revolucionirajući uobičajene hemijske reakcije i procese farmaceutske proizvodnje.