Istraživači iz Izraela u časopisu Science Advances predlažu da CISS efekat — odnosno razlike u spinu elektrona pri prolazu kroz hiralne molekule — daje prednost jednom enantiomeru. Interakcije sa magnetnim stijenama ranog Zemljinog okruženja mogle su delovati kao filteri koji favorizuju D-šećere i L-amino-kiseline. Otkriće nudi ubedljiv fizički mehanizam za dugogodišnju misteriju homohiralnosti i može imati šire primene u hemiji i spintronici.
Naučnici Rešili 150-Godišnju Misteriju: Zašto Su Molekuli Života „Desnoruki“
Scientists Found the Secret of Life’s Directionwildpixel - Getty Images
Grupa fizičara iz Izraela ponudila je uverljivo objašnjenje za dugogodišnji problem homohiralnosti — zašto biološki molekuli dosledno favorizuju jednu "ruku" (enantiomer) u odnosu na drugu. Njihov rad, objavljen u Science Advances, povezuje chirality-induced spin selectivity (CISS) efekat sa interakcijama na magnetnim površinama ranog Zemljinog okruženja.
Šta je hiralnost i zašto je to važno?
Hiralnost je svojstvo zbog kojeg objekat i njegova zrcalna slika ne mogu savršeno da se poklope. U hemiji se takve zrcalne, ali hemijski identične forme molekula nazivaju enantiomeri. Živi sistemi pokazuju jasnu preferenciju — npr. amino-kiseline su gotovo isključivo L-forme, dok su šećeri u RNA D-forme — i to dugogodišnje pitanje predstavlja temeljnu zagonetku nastanka života.
Kakvo je rešenje koje predlažu istraživači?
Tim koji predvode Yossi Paltiel i Ron Namaan analizirao je CISS efekat — fenomen u kojem hiralni molekuli selektivno utiču na spin prolazećih elektrona. Iako su enantiomeri energetski skoro identični, kretanje i transport elektrona kroz njih uključuje spin-orbit coupling, što dovodi do neznatnih, ali značajnih razlika u ponašanju suprotnih enantiomera tokom procesa koji uključuju protok elektrona.
„S obzirom na identične energetike dva enantiomera i simetriju njihovih svojstava, očekivalo se da fizički efekti budu isti za oba. Naša analiza pokazuje kako spin elektrona može dati prednost jednoj formi.“ — autori
Uloga magnetnih stena na ranom Zemljinom površinskom okruženju
Na ranoj Zemlji magnetne stene (npr. magnetit i gvožđe) bile su rasprostranjene. Istraživači sugerišu da takve površine, zbog polarizacije naboja i spina kada na njih pristupaju hiralni molekuli, mogu delovati kao prirodni filter: jedan pol stene privlači i zadržava jednu enantiomersku formu, dok druga ostavlja pretežno oglednu formu. To bi dugoročno moglo dovesti do dominacije jedne hiralne orijentacije u prebiotskoj hemiji.
Primer: Ribozna Aminooksazolin (RAO) i nastanak RNA
Autori su posebno testirali model primenom na ribozu aminooksazolin (RAO), predloženi prekursora riboze za RNA. Njihova analiza pokazuje da interakcije sa magnetnim površinama mogu objašniti zašto je život odabrao D-šećere za nukleinske kiseline i L-amino-kiseline za proteine.
Zašto je ovo važno?
Rad otvara realističan, fizički zasnovan put ka razumevanju porekla biomolekularne homohiralnosti i nudi nova saznanja o spin-zavisnim enantiospecifičnim procesima. Pored fundamentalne važnosti za teorije o nastanku života, ovo znanje može imati implikacije za dizajn enantiospecifičnih katalizatora i spintronike.
Zaključak: Neznatna, ali uvjerljiva razlika u spin-procesima elektrona kroz zrcalne molekule, pojačana filtracijom na magnetnim površinama ranog Zemljinog okruženja, predstavlja verodostojan mehanizam koji može objasniti zašto su biomolekuli dosledno „desnoruki“ ili „levoručni“.
Pomozite nam da budemo bolji.
