Praebiotische Evolution von Aminosäuren und Peptiden

Neuere Untersuchungen zur präbiotischen Bildung von Vorläufermolekülen zur Entstehung des Lebens auf der Urerde haben gezeigt, daß Aminosäuren und ihre Polymere - Peptide und Proteine - höchstwahrscheinlich die primäre Rolle zu Beginn der chemischen Evolution gespielt haben. Das vorliegende Projekt beabsichtigt auf der Grundlage bisheriger Arbetien des Antragstellers die 2 wichtigsten Schritte im Rahmen der Peptidevolution im Detail zu untersuchen, nämlich die Synthese von Aminosäuren aus Bestandteilen der Uratmosphäre und die nachfolgende Bildung ihrer Polymeren unter den nach neuesten geochemischen Erkenntnissen für die Urerde anzunehmenden Umweltbedingungen. Experimente des Antragstellers haben gezeigt, daß Aminosäuren durch elektrische Entladungen auch in einer neutralen, hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehenden Atmosphäre, die heute allgemein als Sekundäratmosphäre der Erde vor ca. 4 Milliarden Jahren angesehen wird, gebildet werden. In der geplanten Versuchsreihe wird die atmosphärische Zusammensetzung systematisch variiert werden, auch unter Einschluß neuer Verbindungen, deren Präsenz für wahrscheinlich angesehen wird, beispielsweise Schwefeldioxid. Weiters soll die wäßrige Phase in diesen Experimenten, die den Urozean widerspiegelt, variiert werden, insbesondere bezüglich der Anwesenheit anorganischer Substanzen, speziell von Tonmineralien. Weiters wird die Bildung von Eiweiß-Vorläufermolekülen unter anderen atmosphärischen Bedingungen, beispeilsweise in einer Stickstoff-Methan-Atmosphäre über Eis wie auf dem Saturnmond Titan durch elektrische Entladungen untersucht werden. Die Analyse der unter den jeweiligen Bedingungen gebildeten Aminosäuren sollte aufschlußreiche Daten dazu liefern, welches Spektrum von Aminosäuren die Grundlage für die entstehende "Aminosäurenwelt" in der chemischen Evolution auf der Erde gebildet hat, und welche Möglichkeiten es unter extraterrestrischen Bedingungen geben könnte. In Verfolg der zahlreichen bekannten Aspekte der salzinduzierten Peptidbildngsreaktion (SIPF) und jüngster Erkenntnisse zu dieser Reaktion, die einen höchst plausiblen Zugang zur präbiotischen Evolution der Peptide liefert, werden insbesondere ihre mögliche Rolle bei der Entstehung der Biohomochiralität und die katalytische Wirkung einiger präbiotisch verfügbarer Verbindungen auf die Peptidsynthese Schwerpunkte des Projekts darstellen. Die Stabilität der gebildeten Peptide unter verschiedenen Umweltbedingungen wie Temperatureinfluß und Anwesenheit anorganischer Substanzen, speziell Tonmineralien, wird untersucht werden, um die Nachhaltigkeit der evolutionären Prozesse wie auch mögliche Mechanismen der Kettenverlängerung zu höheren Polymeren zu evaluieren. Schließlich sollen quantenmechanische ab initio - Berechnungen dazu dienen, die relative Stabilität von Fragmentstrukturen in der Gasphase sowie der Struktur der für die Peptidbildung in der SIPF-Reaktion maßgeblichen Kupferkomplexe zu ermitteln.

Neuere Untersuchungen zur präbiotischen Bildung von Vorläufermolekülen zur Entstehung des Lebens auf der Urerde haben gezeigt, daß Aminosäuren und ihre Polymere - Peptide und Proteine - höchstwahrscheinlich die primäre Rolle zu Beginn der chemischen Evolution gespielt haben. Das vorliegende Projekt beabsichtigt auf der Grundlage bisheriger Arbetien des Antragstellers die 2 wichtigsten Schritte im Rahmen der Peptidevolution im Detail zu untersuchen, nämlich die Synthese von Aminosäuren aus Bestandteilen der Uratmosphäre und die nachfolgende Bildung ihrer Polymeren unter den nach neuesten geochemischen Erkenntnissen für die Urerde anzunehmenden Umweltbedingungen. Experimente des Antragstellers haben gezeigt, daß Aminosäuren durch elektrische Entladungen auch in einer neutralen, hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehenden Atmosphäre, die heute allgemein als Sekundäratmosphäre der Erde vor ca. 4 Milliarden Jahren angesehen wird, gebildet werden. In der geplanten Versuchsreihe wird die atmosphärische Zusammensetzung systematisch variiert werden, auch unter Einschluß neuer Verbindungen, deren Präsenz für wahrscheinlich angesehen wird, beispielsweise Schwefeldioxid. Weiters soll die wäßrige Phase in diesen Experimenten, die den Urozean widerspiegelt, variiert werden, insbesondere bezüglich der Anwesenheit anorganischer Substanzen, speziell von Tonmineralien. Weiters wird die Bildung von Eiweiß-Vorläufermolekülen unter anderen atmosphärischen Bedingungen, beispeilsweise in einer Stickstoff-Methan-Atmosphäre über Eis wie auf dem Saturnmond Titan durch elektrische Entladungen untersucht werden. Die Analyse der unter den jeweiligen Bedingungen gebildeten Aminosäuren sollte aufschlußreiche Daten dazu liefern, welches Spektrum von Aminosäuren die Grundlage für die entstehende "Aminosäurenwelt" in der chemischen Evolution auf der Erde gebildet hat, und welche Möglichkeiten es unter extraterrestrischen Bedingungen geben könnte. In Verfolg der zahlreichen bekannten Aspekte der salzinduzierten Peptidbildngsreaktion (SIPF) und jüngster Erkenntnisse zu dieser Reaktion, die einen höchst plausiblen Zugang zur präbiotischen Evolution der Peptide liefert, werden insbesondere ihre mögliche Rolle bei der Entstehung der Biohomochiralität und die katalytische Wirkung einiger präbiotisch verfügbarer Verbindungen auf die Peptidsynthese Schwerpunkte des Projekts darstellen. Die Stabilität der gebildeten Peptide unter verschiedenen Umweltbedingungen wie Temperatureinfluß und Anwesenheit anorganischer Substanzen, speziell Tonmineralien, wird untersucht werden, um die Nachhaltigkeit der evolutionären Prozesse wie auch mögliche Mechanismen der Kettenverlängerung zu höheren Polymeren zu evaluieren. Schließlich sollen quantenmechanische ab initio - Berechnungen dazu dienen, die relative Stabilität von Fragmentstrukturen in der Gasphase sowie der Struktur der für die Peptidbildung in der SIPF-Reaktion maßgeblichen Kupferkomplexe zu ermitteln.