Het mysterie omtrent deze moleculen lijkt te zijn opgelost: peptiden kunnen zich ook vormen zonder aminozuren.

Hoe zijn de eerste levensvormen op aarde ontstaan? Het is een vraag die menig onderzoeker bezighoudt. We weten inmiddels dat daar drie ingrediënten voor nodig waren: korte strengen nucleotiden voor het opslaan van genetische informatie, korte ketens van aminozuren (peptiden) die de belangrijkste functies van cellen vervulden en lipiden die een soort celwand-achtige structuur konden vormen. Lange tijd konden wetenschappers echter de spontane vorming van peptiden niet verklaren. “Als je een eiwit nodig hebt om eiwitten te maken; hoe ontstond dan het eerste eiwit?” Vraagt onderzoeksleider Matthew Powner zich hardop af. Met zijn team heeft hij dit mysterie echter weten te ontrafelen en dit klassieke kip-en-eiprobleem opgelost.

Wat zijn peptiden?
Een peptide is een molecuul dat bestaat uit een klein aantal aminozuren die met elkaar verbonden zijn. “Peptiden zijn een van de fundamenten van de biochemie en zijn essentieel voor al het leven op aarde,” legt Powner desgevraagd aan Scientias.nl uit. “Ze zijn het fundamentele structurele element waaruit eiwitten worden gemaakt.” Deze peptiden hebben zelf echter ook enzymen nodig om zich te kunnen vormen. En dus is de vraag hoe de eerste peptiden in de jonge jaren van de aarde ontstonden.


Vorming
Veel onderzoekers hebben geprobeerd te begrijpen hoe peptiden zich voor het eerst ontwikkelden. Hierbij richtten ze zich voornamelijk op aminozuren. “Gedurende meer dan zestig jaar hebben wetenschappers geprobeerd peptiden te bouwen van aminozuren in water,” zegt Powner. Helaas draaiden die inspanningen op niets uit. Peptiden vormen zich dus niet zomaar uit aminozuren als je die bij elkaar in water legt. Wat miste er? “We hebben een stap terug gedaan – letterlijk en figuurlijk,” zegt Powner. De onderzoekers kwamen tot een nieuwe theorie. Misschien lag de oplossing niet in die aminozuren, maar in de voorlopers van de aminozuren.

Voorlopers
Deze voorlopers van aminozuren worden ook wel aminonitriles genoemd. De onderzoekers besloten de proef op de som te nemen. En ze bleken het bij het juiste eind te hebben. “We ontdekten dat aminonitriles gebruikt kunnen worden om in water peptiden te vormen,” legt Powner uit. “Alles begon op zijn plaats te vallen. Het is alsof je een chemische puzzel legt; hoe meer stukjes we verzamelden, hoe makkelijker het werd om nieuwe stukjes in de puzzel te passen.” Om peptiden te vormen, maken aminonitriles gebruik van hun eigen ingebouwde reactiviteit met behulp van andere moleculen die op de jonge aarde te vinden waren. Zo lukte het de onderzoekers om peptiden te verkrijgen door waterstofsulfide te combineren met aminonitriles en een ander chemisch substraat; hexacyanoferraat. Deze moleculen kwamen waarschijnlijk vrij bij vulkaanuitbarstingen.

Andere doeleinden
Ook op andere gebieden zijn de resultaten uit de studie nuttig. “Peptiden en de meer algemene amides zijn een van de belangrijkste klassen van bindingen in de chemie en biologie,” zegt Powner. “Ze zijn niet alleen de belangrijkste chemische verbindingen van eiwitten, maar zijn ook de basis voor enkele van de meest veelzijdige en algemeen gebruikte synthetische polymeren. Bovendien zijn ze essentieel voor veel commerciële en synthetische materialen en farmaceutische producten.” Door de oorsprong van het leven te onderzoeken hebben de wetenschappers nu ook een nieuwe manier ontwikkeld om op een zuivere en milieuvriendelijke manier de verbindingen te maken.

De bevindingen zijn intrigerend. Het is namelijk voor het eerst dat er overtuigend aangetoond wordt dat peptiden gevormd kunnen worden zonder aminozuren. Bovendien blijkt dat peptiden zich kunnen vormen in relatief milde omstandigheden met bouwstenen die waarschijnlijk beschikbaar waren op de jonge aarde. En dat betekent dat we de oorsprong van het leven steeds beter begrijpen.