Microdroplets ” Chemische Zauberei hätte Leben eine helfende hand

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Droplet-Reduktion kann Aufschluss über das Rätsel der präbiotischen ära und bieten einen neuen Weg, um grüne Chemie

Quelle: © 2019 American Chemical Society

Eine reduction-sensitive Farbstoff zeigt die chemischen Reaktionen geschieht auf der Oberfläche von einem Mikrometer große Tröpfchen Wasser

Winzige Wassertröpfchen gefunden in Wolken, gischt und Geysire können sich spontan reduzieren Sie Zucker und andere wichtige Metaboliten an Ihrer Oberfläche. Diese microdroplets bieten eine plausible Erklärung für die Erzeugung von Zucker und andere einfache organische Moleküle, die vor der Existenz von Leben auf der Erde, da kein Reduktionsmittel oder angewendet ist kostenlos.

Eine Gruppe von Forschern, angeführt von Richard Zare von der Stanford University in den USA stolperte über die Entdeckung, wenn Sie versuchen, zu erstellen gold-Filmen und Nanopartikeln mit Hilfe von Wasser-Tröpfchen mit Natriumborhydrid Hinzugefügt.

“Ich sagte zu meiner Gruppe machen wir eine Kontrolle – wir entfernen die Reduktionsmittel, die wir benutzten. Benutzten wir nur Wasser, und zu meiner überraschung es erzeugt gold-Nanopartikeln, die in Tröpfchen”, sagt Zare.

Nach umfangreichen arbeiten, die das team gegründet, diese Befunde konnten nicht erklärt werden durch Verschmutzung. Also, Sie versuchten es erneut – dieses mal mit gemeinsamen Biomolekülen. Durch das Pumpen eine Spritze mit verbindungen wie Pyruvat und Fumarat in Wasser aufgelöst, durch ein nebulising gas, das Sie produzierten microdroplets, die wurden dann durch ein Massenspektrometer. In drei von vier Fällen fanden Sie heraus, dass über 90% der organischen verbindungen in Lösung reduziert worden war.

Die Forscher waren auch in der Lage, visuell zu bestätigen, das Phänomen durch Fluoreszenz-imaging von microscale Tröpfchen mit einer Reduktion-empfindlichen Farbstoff.

Während sich Zare und sein team wissen nicht genau, was passiert ist, Sie die Hypothese, dass der Effekt kann erklärt werden durch drei Phänomene: erhöhte hydroxyl-Ionen-Konzentration, ein sehr großes elektrisches Feld an der Luft-Wasser-Grenzfläche und eine fehlende 3D-Wasserstoff-Bindung. ‘Wo kann Sie gewinnen ein Elektron aus Wasser?”, fragt Zare. “Die Antwort ist, glaube ich, ist die hydroxyl-anion.’

Alle lebenden Organismen auf der Erde verwenden Enzyme katalysieren Ihre Stoffwechselwege, aber wenn das Leben begann, Enzyme fehlten. Dieses Rätsel führte die Wissenschaftler deuten die Existenz einer nonenzymatic metabolische pathway. “Wir haben bereits getaner Arbeit, die zeigen, dass Zucker und Phosphorsäure, die selbst nicht reagieren, in Tropfen form Dinge wie ribose-Phosphat. Wir haben also gesehen, dass die Tröpfchen haben die macht zu tun, die Chemie”, sagt Zare.

Das team glaubt auch, dass dieser Effekt bieten einen möglichen neuen Weg, um grüne Chemie. Durch die Verwendung eines Nebel, großflächiger Abbau ermöglicht werden konnte, mit nichts mehr als Wasser.

‘Wenn Sie nehmen einem ein-Liter-Becherglas und füllen es mit Wasser, und Sie machen ein Mikron Tröpfchen von all dem Wasser, Sie haben so etwas wie 3000m2 Fläche… etwa die Hälfte eines Fußballfeldes”, sagt Zare.

‘[Diese Arbeit] zeigt, dass das Wasser die Oberflächen haben diese besonderen chemischen Fähigkeiten oder Affinität zur Förderung der chemischen Reaktionen, die wir nicht sehen, in der Masse Wasser, die Kommentare von Ilan Benjamin, ein Chemiker an der Universität von Kalifornien in Santa Cruz in den USA, die war nicht in der Forschung beteiligt. “Dieses hat viele Auswirkungen für die Chemie der Atmosphäre und wohl auch der Ursprung des Lebens.’

Referenzen

N. Zare et al, J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b03227