2
กรดอะมิโนอะลิฟาติกในสภาพแวดล้อมดึกดำบรรพ์
HYC-1979 Lesson 8: Acid, Amino, Acids
00:00

เกณฑ์ คลังกรดอะมิโนดึกดำบรรพ์ ไม่ใช่ชุดย่อยแบบสุ่มของกรดอะมิโนที่ชีววิทยาสมัยใหม่ใช้ หลักฐานสองสายที่เป็นอิสระต่อกันชี้ไปยังรายการสั้นๆ เดียวกัน: ไกลซีน อะลานีน กรดแอสพาร์ติก และวาลีน ครองทั้งเคมีก่อนชีวภาพที่จำลองขึ้นและปริมาณกรดอะมิโนในคอนไดรต์คาร์บอเนเชียส เช่น เมอร์ชิสัน เนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้มีขนาดเล็ก โครงสร้างเรียบง่าย และสามารถก่อตัวได้โดยไม่ต้องใช้เอนไซม์ จึงเป็นสารตั้งต้นที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับเครื่องมือแปลรหัสชิ้นแรก

กรดอะมิโนหลักเดียวกันจากสองแหล่งอไบโอติก ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ เรียงลำดับเชิงแผนภาพเท่านั้น: ไกลซีน > อะลานีน > กรดแอสพาร์ติก > วาลีน การสังเคราะห์แบบมิลเลอร์ อุกกาบาตเมอร์ชิสัน 100 75 50 25 0 ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ ไกลซีน อะลานีน กรดแอสพาร์ติก วาลีน R = –H R = –CH₃ R = –CH₂COOH R = –CH(CH₃)₂ แผนภูมิวงศ์อะลิฟาติก กรดอะมิโนอะลิฟาติก สายข้างเรียบง่าย แอลคิลไม่มีขั้ว Gly · Ala · Val สายข้างเป็นกรด Asp จัดกลุ่มตามเคมีของสายข้าง และความพร้อมใช้ก่อนชีวภาพ — ไม่ใช่ตามลำดับโคดอนในภายหลัง ก่อตัวได้โดยไม่ต้องใช้เอนไซม์ ความอุดมสมบูรณ์จำกัดกลุ่มผู้สมัครสำหรับการแปลรหัสยุคแรก แต่ไม่ได้กำหนดลำดับการกำหนดโคดอน

แผนภูมิวงศ์อะลิฟาติก

แผนภูมิวงศ์ของกรดอะมิโนอะลิฟาติกจัดระเบียบกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องกับการแปลรหัสยุคแรกตาม เคมีของสายข้างและความพร้อมใช้ก่อนชีวภาพไม่ใช่ตามลำดับที่โคดอนถูกกำหนดในภายหลัง ไกลซีนมีสิ่งใดใหญ่กว่าไฮโดรเจนไม่ได้ อะลานีนและวาลีนมีสายแอลคิลไม่มีขั้วสั้น กรดแอสพาร์ติกมีสายสั้นที่เป็นกรดและมีหมู่คาร์บอกซิล ทั้งสี่อยู่ในปลายเรียบง่ายของสเปกตรัมเชิงโครงสร้าง และไม่มีตัวใดต้องใช้วิถีชีวสังเคราะห์เฉพาะเพื่อปรากฏในส่วนผสมก่อนชีวภาพ

หลักฐานสองสายที่เป็นอิสระต่อกัน

  • การสังเคราะห์ก่อนชีวภาพแบบมิลเลอร์ การทดลองปล่อยประกายไฟบนส่วนผสมก๊าซรีดิวซ์ให้ไกลซีนและอะลานีนในปริมาณมากที่สุด ตามด้วยกรดแอสพาร์ติกและวาลีน ซึ่งเป็นการจัดอันดับที่สะท้อนว่าการประกอบแต่ละโมเลกุลจากสารตั้งต้นเรียบง่ายนั้นง่ายเพียงใด
  • อุกกาบาตเมอร์ชิสัน สารสกัดจากคอนไดรต์คาร์บอเนเชียสนี้มีกรดอะมิโนชนิดเด่นเดียวกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าโมเลกุลเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นแบบไม่ใช้สิ่งมีชีวิตนอกโลกเช่นกัน และการส่งมาจากภายนอกอาจเสริมปริมาณที่มีอยู่บนโลก

ความสอดคล้องกันนี้เองที่ทำให้ข้อโต้แย้งมีน้ำหนัก เมื่อการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการและตัวอย่างอุกกาบาต ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมทางกายภาพที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เลือกกรดอะมิโนสี่ชนิดเดียวกัน รูปแบบนี้มีแนวโน้มสูงกว่ามากที่จะสะท้อนเคมีแบบไม่ใช้สิ่งมีชีวิต มากกว่าจะเป็นความบังเอิญหรือการปนเปื้อน

เหตุใดความอุดมสมบูรณ์จึงสำคัญ: จุดเริ่มต้นที่จำกัดโดยสารตั้งต้น

เครื่องมือแปลรหัสชุดแรกน่าจะ ถูกจำกัดโดยสารตั้งต้นกรดอะมิโนที่ถูกผลิตหรือส่งมาในปริมาณสูงจะถูกพบเจอบ่อยกว่ามาก จึงมีโอกาสสูงกว่าที่จะถูกคัดเลือกโดยสายอะแดปเตอร์และเมสเซนเจอร์ในยุคแรก เมื่อเทียบกับโมเลกุลที่หายากซึ่งต้องอาศัยวิถีที่เร่งด้วยเอนไซม์อันยาวนาน ความอุดมสมบูรณ์จึงเป็นตัวแทนของความพร้อมใช้ และความพร้อมใช้เป็นเงื่อนไขเบื้องต้นของการคัดเลือก

สิ่งที่หลักฐานจำกัดขอบเขต — และสิ่งที่หลักฐานไม่ได้กำหนด

การจัดหาจากสิ่งแวดล้อม จำกัดขอบเขต กลุ่มผู้สมัคร แต่ไม่ได้ กำหนด ลำดับการกำหนดรหัส codon ความสอดคล้องระหว่างลำดับความอุดมสมบูรณ์ ไกลซีน > อะลานีน > กรดแอสพาร์ติก > วาลีน กับการกำหนดรหัส codon ในกรอบ GC ชุดแรกนั้นชวนให้คิด แต่การจับคู่นี้ยังสะท้อนความสัมพันธ์ระหว่าง RNA กับกรดอะมิโน เคมีของ codon–anticodon และการขยายหรือการกำหนดรหัสใหม่ในภายหลัง ความอุดมสมบูรณ์จำกัดว่าใครสามารถเข้ามาได้ในยุคแรก แต่ไม่ได้กำหนดลำดับการเข้ามาโดยตัวมันเอง

อ่านความอุดมสมบูรณ์เป็นความน่าจะเป็น ไม่ใช่ข้อพิสูจน์
ผลผลิตพรีไบโอติกสูงหรือความอุดมสมบูรณ์ในอุกกาบาตสูงจะเพิ่มความน่าจะเป็นเชิงเหตุผลก่อนหน้าว่ากรดอะมิโนนั้นพร้อมใช้ในยุคแรก แต่ไม่ได้แสดงโดยตัวมันเองว่ามันถูกใช้ก่อน จงแยกข้อกล่าวอ้างสองข้อนี้ออกจากกัน: ความพร้อมใช้เป็นข้อเท็จจริงทางสิ่งแวดล้อม ส่วนการกำหนดรหัส codon เป็นผลลัพธ์ของระบบรหัสที่ถูกหล่อหลอมโดยข้อจำกัดทางเคมีและวิวัฒนาการเพิ่มเติม