Výskumníci vyvinuli novú metódu na pozorovanie chemických reakcií v kvapalinách a objasnili reakcie zahŕňajúce molekuly, ako je močovina, ktoré mohli prispieť k vzniku života na Zemi. Táto technika zahŕňa špeciálny nástroj, ktorý generuje jemný prúd kvapaliny a röntgenovú spektroskopiu, čo vedcom umožňuje študovať reakcie prebiehajúce v priebehu iba femtosekúnd.
Vedci z ETH Zurich a Ženevskej univerzity vyvinuli novú techniku, ktorá im umožňuje pozorovať chemické reakcie prebiehajúce v kvapalinách s extrémne vysokým časovým rozlíšením. Táto inovácia im umožňuje sledovať, ako sa molekuly menia len za femtosekundy – inými slovami, v priebehu niekoľkých štvrtín sekundy.
Tento prielom stavia na skoršom výskume toho istého tímu vedeného Hansom Jakobom Warnerom, profesorom fyzikálnej chémie na ETH Zurich. Táto práca poskytla výsledky podobné reakciám vyskytujúcim sa v plynnej atmosfére.
Na rozšírenie svojich pozorovaní pomocou röntgenovej spektroskopie na kvapaliny museli výskumníci navrhnúť nástroj schopný produkovať prúdy kvapaliny s priemerom menším ako mikrometer vo vákuu. Bolo to nevyhnutné, pretože ak by bol prúd širší, pohltil by časť röntgenových lúčov použitých na jeho meranie.
Molekulárni priekopníci v biochémii
Pomocou novej metódy sa výskumníkom podarilo získať prehľad o procesoch, ktoré viedli k vzniku života na Zemi. Mnohí vedci sa domnievajú, že dôležitú úlohu tu zohrala močovina. Je to jedna z najjednoduchších molekúl, ktorá obsahuje uhlík aj dusík.
Okrem toho je veľmi pravdepodobné, že močovina existovala, aj keď bola Zem veľmi mladá, čo naznačuje aj slávny experiment uskutočnený v 50. rokoch: Americký vedec Stanley Miller pripravil zmes týchto plynov, o ktorých sa predpokladá, že vytvorili začiatok planéty. . Zničil atmosféru a vystavil ju hurikánovým podmienkam. To vytvorilo sériu molekúl, z ktorých jednou bola močovina.
Podľa súčasných teórií mohla byť močovina bohatá na horúce kaluže – bežne nazývané prvotná polievka – na vtedy neživej Zemi. Keď sa voda v tejto polievke vyparila, koncentrácia močoviny sa zvýšila. V dôsledku vystavenia ionizujúcemu žiareniu, ako je kozmické žiarenie, je možné, že táto koncentrovaná močovina produkuje malón kyselina Vo viacerých krokoch syntézy. To by zase vytvorilo stavebné kamene kráľovská armáda A dna,
Prečo nastala presne táto reakcia?
Výskumníci z ETH Zurich a Ženevskej univerzity pomocou svojej novej metódy skúmali prvý krok v tejto dlhej sérii chemických reakcií, aby zistili, ako sa koncentrovaný roztok močoviny správa, keď je vystavený ionizujúcemu žiareniu.
Je dôležité vedieť, že v koncentrovanom roztoku močoviny sa samotné molekuly močoviny zoskupujú do párov alebo takzvaných dimérov. Ako vedci teraz dokázali, ionizujúce žiarenie spôsobuje vodík atóm Presun z jednej molekuly močoviny do druhej v rámci každého z týchto dimérov. Tým sa jedna molekula močoviny premení na protónovanú molekulu močoviny a druhá na radikál močoviny. Ten je chemicky vysoko reaktívny – v skutočnosti tak reaktívny, že je veľmi pravdepodobné, že bude reagovať s inými molekulami, pričom tiež vytvorí kyselinu malónovú.
Výskumníkom sa tiež podarilo preukázať, že tento prenos atómu vodíka nastáva veľmi rýchlo, pričom trvá iba 150 femtosekúnd alebo 150 kvadriliónin sekundy. „Je to také rýchle, že táto reakcia zastaví všetky ostatné reakcie, ktoré by sa mohli dokonca teoreticky vyskytnúť,“ hovorí Warner. „To vysvetľuje, prečo koncentrované roztoky močoviny produkujú radikály močoviny namiesto toho, aby hostili iné reakcie, ktoré by produkovali iné molekuly.“
Reakcie v kvapalinách sú veľmi dôležité
Warner a jeho kolegovia chcú v budúcnosti preskúmať ďalšie kroky, ktoré vedú k tvorbe kyseliny malónovej. Dúfajú, že im to pomôže pochopiť pôvod života na Zemi.
Pokiaľ ide o ich novú metódu, možno ju použiť aj na skúmanie presného sledu chemických reakcií v kvapalinách všeobecne. „V kvapalinách prebieha množstvo dôležitých chemických reakcií – nielen všetky biochemické procesy v ľudskom tele, ale aj veľké množstvo chemických syntéz súvisiacich s priemyslom,“ hovorí Warner. „Preto je také dôležité, že sme teraz rozšírili rozsah röntgenovej spektroskopie pri vyššom časovom rozlíšení tak, aby zahŕňala reakcie v kvapalinách.“
Referencia: „Femtosekundový prenos protónov v roztoku močoviny sondovaný röntgenovou spektroskopiou“ Zhong Yin, Yi-Ping Chang, Tadas Balkinas, Yashoj Shakya, Aleks Jorovic, Geoffrey Gaulier, Giuseppe Fazio, Robin Santra, Ludger Inhester, Jean-By Pierre Wolf a Hans Jakob Warner, 28. júna 2023, Príroda,
DOI: 10.1038/s41586-023-06182-6
Výskumníkom z ETH Zurich a Ženevskej univerzity pri tejto práci pomáhali kolegovia z Deutsches Elektronen-Synchrotron. DESY v Hamburgu, ktorý vykonal potrebné výpočty na interpretáciu nameraných údajov.
Web nerd. Organizátor extrémov. Spisovateľ. Evanjelista celkom potravín. Certifikovaný introvert.
