Peptidi formiraju strukture u uvjetima sličnim Veneri

Prilikom istraživanja tijela Sunčevog sustava u potrazi za znakovima prošlog ili sadašnjeg života, znanstvenici su se uglavnom usredotočili na planete koji imaju (ili su imali) tekuću vodenu površinu sličnu Zemljinoj. Međutim, sve više dokaza upućuje na to da bi sastojci za život mogli postojati u vrlo drugačijem okruženju, vrlo kiselim oblacima koji prekrivaju Veneru.

Ti oblaci sastoje se od oko 98 posto sumporne kiseline, za koju su znanstvenici vjerovali da je previše kisela da bi složene biološke molekule preživjele. No, u novoj studiji, istraživači MIT-a pokazali su da kratki peptidi ne samo da mogu ostati stabilni u tim izuzetno kiselim uvjetima, već se mogu i savijati u oblike koji im mogu omogućiti biološke funkcije.

„Ako peptidi pronađu put do tog sloja oblaka koncentrirane sumporne kiseline, ostat će i biti stabilno očuvani u tom oblaku kapljica. A nakon što te makromolekule imaju definiranu trodimenzionalnu strukturu, potencijalno mogu imati funkciju“, kaže Mei Hong, profesorica kemije na MIT-u i jedna od glavnih autorica nove studije.

Nalazi sugeriraju da znanstvenici u svojoj potrazi za životom ne bi trebali isključivati ​​planete koji ne nalikuju Zemlji, kaže Sara Seager, profesorica planetarnih znanosti na Odjelu za Zemlju, atmosferu i planetarne znanosti te profesorica na odjelima za fiziku te aeronautiku i astronautiku, koja je diplomirala 1941. godine.

Iako je površina Venere previše vruća da bi bila pogodna za život, njezin sloj oblaka, koji se proteže od 48 do 64 kilometra iznad površine planeta, ima blaže temperature pogodne za život. Oblaci su sastavljeni od kapljica sumporne kiseline, koja može otopiti metale i uništiti većinu bioloških molekula na Zemlji.

Meteoriti koji sadrže peptidne gradivne blokove redovito ulaze u Venerinu atmosferu, što otvara mogućnost da bi ti peptidi mogli poslužiti kao gradivni blokovi za jednostavne oblike života, ako bi mogli preživjeti korozivno okruženje oblaka. 

U svojim početnim eksperimentima, u suradnji s MIT-ovim Instrumentacijskim objektom za kemiju (DCIF), znanstvenici su koristili spektroskopiju nuklearne magnetske rezonancije (NMR), koja mjeri magnetska svojstva atomskih jezgri unutar molekula, kako bi analizirali strukture raznih molekula u otopini gotovo čiste sumporne kiseline.

Te su studije pokazale da nukleinske kiseline, gradivni blokovi DNK, mogu ostati netaknuti u uvjetima visoke kiselosti, kao i lipidi i aminokiseline. Sljedeći korak bio je otkriti mogu li peptidi - kratki nizovi aminokiselina - opstati i, što je još važnije, mogu li se zatim saviti u oblike koji bi im mogli dati biološke funkcije.

Na njihovo iznenađenje, istraživači su otkrili da su peptidi koje su proučavali ostali stabilni tjednima. Vjeruju da je to rezultat nedostatka vode u tako visoko kiselim otopinama. U 98-postotnoj sumpornoj kiselini ima vrlo malo molekula vode, što znači da se hidroliza, kemijska reakcija koja prekida peptidne veze u kiselini, ne može dogoditi.

Nakon što su potvrdili da su peptidi ostali netaknuti, istraživači su počeli istraživati ​​njihove strukture. Jedan od peptida koje su istraživači analizirali, molekula poznata kao HHQ, sintetski je peptid od sedam aminokiselina koji je prethodno proučavan zbog njegove uloge u stvaranju katalitičkih amiloidnih fibrila.

U vodi ovaj peptid tvori ravne beta slojeve koji na kraju tvore duge fibrile. Međutim, u koncentriranoj sumpornoj kiselini istraživači su otkrili da poprima potpuno drugačiji oblik, petlju oblikovanu poput grčkog slova omega. Takve takozvane omega petlje povremeno se nalaze u nekim prirodnim proteinima.

Druga dva peptida koja su istraživači analizirali bila su dulja varijacija HHQ-a, nazvana HHQ13, i potpuno drugačiji peptid nazvan K7, koji sadrži sedam aminokiselina. Ovi peptidi također su formirali omega petlje u sumpornoj kiselini.

Istraživači vjeruju da molekule sumporne kiseline djeluju kao skela za petlje, klizeći u središte svake petlje i držeći je u tom obliku.

U prirodnim proteinima u vodenoj otopini, smatra se da omega petlje igraju ulogu u savijanju proteina i molekularnom prepoznavanju. Nije poznato mogu li imati i druge biološke funkcije. Međutim, činjenica da peptidi mogu formirati dobro definirane, savijene strukture u kiselim okruženjima važan je korak u pokazivanju da peptidi mogu obavljati biološke funkcije u takvim okruženjima.

„Život treba imati posebno oblikovane proteine ​​kako bi imao specifičnu metu za koju se može uhvatiti i obavljati svoju funkciju. Prije toga, ljudi su mislili da peptidi ne mogu preživjeti u sumpornoj kiselini, pa je pokazati da su peptidi ne samo stabilni, već se i savijaju, zaista velika stvar“, kaže Seager, koji vodi misije Morning Star na Veneri .

Sara Seager se sada nada da će nastaviti dodatna istraživanja molekule zvane peptidna nukleinska kiselina (PNA), umjetno sintetizirane molekule slične DNK, ali s peptidnom osnovom zamijenjenom šećerno-fosfatnom osnovom. Njezin laboratorij je prethodno pokazao da je ova molekula, koja prirodno ne postoji na Zemlji, ali bi mogla ponuditi potencijalnu alternativu DNK, stabilna kao jednolančana u vrlo kiselim okruženjima. Sada se nada proučavati stabilnost dvolančane PNA.

Istraživači također planiraju analizirati dulje peptide kako bi vidjeli hoće li i oni u visoko koncentriranoj sumpornoj kiselini poprimiti oblike omega petlji ili druge strukture.