La presenza di amminoacidi sulla Terra prebiotica è ampiamente accettata, o provenienti da processi chimici endogeni o forniti da materiale extraterrestre. D'altra parte, plausibilmente le vie prebiotiche verso i peptidi si basano spesso su diversi approcci acquosi in cui la condensazione degli amminoacidi è termodinamicamente sfavorevole. Ora, chimici dell'Istituto Ruđer Bošković (RBI), in collaborazione con i colleghi di Xellia Pharmaceuticals, hanno dimostrato che l'attivazione meccanochimica allo stato solido di glicina e alanina in combinazione con superfici minerali porta alla formazione di peptidi.

Questa ricerca mostra per la prima volta l'utilità dell'attivazione meccanochimica per la sintesi prebiotica di biomolecole più grandi come i peptidi. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Angewandte Chemie .

La chimica prebiotica studia le trasformazioni chimiche in condizioni plausibili per la Terra primitiva (circa prima di 4,3-3,7 miliardi di anni fa) che avrebbero potuto portare alla vita. Poiché la superficie della Terra è cambiata nel tempo a causa di diversi processi geologici, non ci sono prove storiche che spieghino senza ambiguità come appariva la vita.

Si ritiene generalmente che dall'inventario chimico primordiale, molecole più complesse sono emerse dall'evoluzione chimica che successivamente ha portato alla vita.

Le condizioni di reazione accettate come plausibili sono mezzi acquosi, interazioni interfacciali acqua/roccia, e un ambiente allo stato solido privo di acqua.

Le fonti prebiotiche di energia meccanica sulla Terra prebiotica probabilmente includevano impatti, erosione, agenti atmosferici, tettonica, e terremoti, mentre le impostazioni geotermiche fornivano gli input locali di energia termica.

La formazione del legame peptidico è una delle principali trasformazioni chimiche nel campo della chimica prebiotica. Si ritiene che i peptidi abbiano svolto un importante ruolo catalitico nella formazione di altre biomolecole e siano stati inclusi nella simbiosi molecolare primordiale con gli acidi nucleici. Le attuali strategie per la sintesi del legame peptidico prebiotico si basano sulla legatura dell'α-amminonitrile in acqua e sull'uso di cicli umido/secco per la condensazione degli amminoacidi.

Ricercatori della RBI, Dott. José G. Hernández, Dott. Krunoslav Uzarevic, e dottorato di ricerca studente Tomislav Stolar, in collaborazione con scienziati di Xellia, Dott. Ernest Mestrovi, dottorato di ricerca lo studente Saša Grubeši e il Dr. Nikola Cindro del Dipartimento di Chimica della Facoltà di Scienze (Università di Zagabria), hanno dimostrato che la formazione di legami peptidici prebiotici meccanochimici avviene in assenza di acqua.

Il team ha scoperto che la macinazione meccanochimica della glicina in presenza di minerali come TiO ₂ e SiO ₂ porta alla formazione di oligomeri di glicina. Se la miscela di reazione viene riscaldata contemporaneamente utilizzando la macinazione a sfere a controllo termico, oligomeri di glicina fino a Gly ₁₁ si ottengono (11 residui di glicina).

Esperimenti con dichetopiperazina (DKP), diglicina, e la triglicina hanno mostrato che la formazione di legami peptidici meccanochimici è un processo dinamico e reversibile con creazione e rottura simultanee di legami peptidici.

In particolare, la macinazione a palle della miscela di glicina e L-alanina porta alla formazione dei loro etero-oligopeptidi. Per analizzare i prodotti di reazione sono state utilizzate la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) e la spettrometria di massa (MS).

Lunghi oligomeri di glicina ottenuti attraverso un percorso meccanochimico potrebbero aver offerto l'accesso a una libreria più diversificata di peptidi sulla Terra prebiotica attraverso modifiche chimiche come l'α-alchilazione. I risultati di questo studio completano le procedure sperimentali esistenti nella chimica dei prebiotici e offrono una via sintetica alternativa ai peptidi che è priva di acqua.

"La questione dell'origine della vita è una delle più importanti nella scienza e richiede un approccio interdisciplinare per studiarla. Pertanto, agenzie spaziali come NASA e JAXA investono grandi risorse per acquisire nuove conoscenze fondamentali. Per esempio, le recenti missioni di campionamento di asteroidi Hayabusa2 e OSIRIS-REx offriranno indizi sull'inventario chimico disponibile durante il periodo in cui la vita è emersa sulla Terra.

"[I] primi campioni in assoluto dell'asteroide sono stati riportati sulla Terra nel dicembre del 2020 e altri sono previsti nel 2023. Insieme all'identificazione di materiali extraterrestri in quei campioni, è importante condurre esperimenti di laboratorio che spieghino la loro presenza e il meccanismo di formazione. Tali studi fondamentali possono quindi essere applicati nella moderna chimica di sintesi", afferma Tomislav Stolar, primo autore della pubblicazione.