Το σάκχαρο που συνιστά το DNA μπορεί να παρασκευαστεί στο διάστημα

Δεοξυριβόζη

Η δεοξυριβόζη, ή ακριβέστερα, η 2-δεοξυριβόζη, είναι ένας μονοσακχαρίτης με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH(OH)CH(OH)CH2CHO. Το όνομά της δείχνει ότι είναι ένα δεοξυσάκχαρο, που σημαίνει ότι (τυπικά) προέρχεται από ένα άλλο σάκχαρο, μετά από την αφαίρεση ενός ατόμου οξυγόνου από το μόριο αυτού.

Πιο συγκεκριμένα, η δεοξυριβόζη (τυπικά) προέρχεται από το σάκχαρο ριβόζη [HOCH2CH(OH)CH(OH)CH(OH)CHO], μετά από την αφαίρεση ενός ατόμου οξυγόνου από το μόριο αυτής (της ριβόζης). Από τις πεντόζες, η αραβινόζη και η ριβόζη διαφέρουν μόνο  στερεοχημικά, και ειδικότερα στον 2^ο C. Επομένως, η 2-δεοξυριβόζη και η 2-δεοξυαραβινόζη είναι ισοδύναμες, αν και ο τελευταίος όρος (2-δεοξυαραβινόζη) χρησιμοποιείται σπάνια, γιατί η ριβόζη, και όχι η αραβινόζη, αποτελεί τον πρόδρομο της δεοξυριβόζης.

Δομή

Υπάρχουν αρκετά (στερεο)ϊσομερή που να αντιστοιχούν στον ημισυντακτικό τύπο HOCH₂CH(OH)CH(OH)CHO, αλλά στις δεοξυριβόζες όλες οι υδροξυλομάδες είναι στην ίδια πλευρά, σύμφωνα με την προβολή Φίσερ (Fischer). Ο όρος 2-δεοξυριβόζη μπορεί να αναφέρεται (τυπικά) σε δύο εναντιομερή: Βιοχημικά σημαντική είναι η D-2-δεοξυριβόζη, και σπάνια συναντιέται το κατοπτρικό της ισομερές  L-2-δεοξυριβόζης.[2]

Η D-2-δεοξυριβόζη αποτελεί δομική υπομονάδα του  DNA. Η 2-δεοξυριβόζη είναι μια αλδοπεντόζη, δηλαδή μονοσακχαρίτης με πέντε (5) άνθρακα άτομα και έχει μια αλδεϋδομάδα, ως (κύρια) λειτουργική ομάδα.

Σε μορφή υδατικού της διαλύματος, η δεοξυριβόζη κυρίως υπάρχει ως ένα μείγμα από τρεις δομές:

• Τη γραμμική μορφή HCOCH₂CHOHCHOHCH₂OH
• Την ετεροκυκλική μορφή που ονομάζεται δεοξυριβοφουρανόζη (C₃-ενδο-), με πενταμελή δακτύλιο.
• Την ετεροκυκλική μορφή που ονομάζεται δεοξυριβοπυρανόζη (C₂-ενδο-), με εξαμελή δακτύλιο.

Η τελευταία δομή είναι η κυρίαρχη (74,8%), λαμβάνοντας υπόψη ότι  η 2^η μορφή ευνοείται (24,9%), σε σύγκριση με τη γραμμική (1) μορφή (0,7%).

Βιολογική Σημασία

Ως (μεταξύ άλλων) συστατικά του DNA, τα παράγωγα της 2-δεοξυριβόζης έχουν σημαντικό ρόλο στη βιολογία. Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) μόριο, το οποίο είναι το κεντρικό αποθετήριο των γενετικών πληροφοριών στη ζωή, αποτελείται από μια μακρά αλυσίδα της δεοξυριβόζης, που περιέχει μονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια, τα οποία συνδέονται μέσω φωσφορικών ομάδων. Στην πρότυπη ονοματολογία του νουκλεϊνικού οξέος, ένα νουκλεοτίδιο του DNA αποτελείται από ένα μόριο δεοξυριβόζης με μια οργανική βάση (συνήθως αδενίνη, θυμίνη, γουανίνη ή κυτοσίνη), που επισυνάπτεται στο 1^ο  ατομο άνθρακα της 2-δεοξυριβόζης . Το 5^ο  υδροξύλιο, κάθε μονάδας δεοξυριβόζης, υποκαθίσταται από μια φωσφορική ομάδα (σχηματίζοντας ένα νουκλεοτίδιο), που επισυνάπτεται (επίσης) στον 3^ο  άνθρακα της δεοξυριβόζης της προηγούμενης μονάδας.

Η απουσία της 2^ης  υδροξυλομάδας στην δεοξυριβόζη φαίνεται να ευθύνεται για την αυξημένη μηχανική ευελιξία του DNA, σε σύγκριση με το RNA, το οποίο του επιτρέπει (στο DNA) σχηματίσει διάταξη διπλού έλικα, αλλά επίσης (στα ευκαρυωτικά κύτταρα) να είναι συμπαγώς κουλουριασμένο μέσα στο (σχετικά) μικρό πυρήνα του κυττάρου. Τα διπλά διακριτά μόρια DNA είναι επίσης, συνήθως, πολύ περισσότερα από τα αντίστοιχα μόρια RNA. Οι ραχοκοκαλιές των RNA και DNA είναι δομικά παρόμοιες, αλλά το RNA είναι ενιαία διακριτό, και είναι κατασκευασμένο από ριβόζη αντί για δεοξυριβόζη.

Άλλα σημαντικά βιολογικά παράγωγα της δεοξυριβόζης περιλαμβάνουν μονο-, δι- και τριφωσφορικά άλατα, καθώς και 3,5-κυκλικά μονοφωσφορικά.

Βιοσύνθεση

Η δεοξυριβόζη παράγεται μέσω της 5-φωσφοριβόζης, από τα ένζυμα που ονομάζονται αναγωγάσες ριβονουκλεοτιδίων. Αυτά τα ένζυμα καταλύουν τη διαδικασία της αποξυγόνωσης της ριβόζης σε δεοξυριβόζη.

Μέρη του DNA μπορούν να σχηματιστούν στο διάστημα.

Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν την 2-δεοξυριβόζη, το σάκχαρο που αποτελεί τη ραχοκοκαλιά του DNA, κάτω από κοσμικές συνθήκες στο εργαστήριο με την εκτόξευση πάγου που περιείχε ακτινοβολία. Το αποτέλεσμα, το οποίο αναφέρθηκε στις 18 Δεκεμβρίου στην Nature Communications, υποδηλώνει ότι υπάρχουν αρκετοί τρόποι για να πραγματοποιηθεί η προβιοτική χημεία στο διάστημα και υποστηρίζει την ιδέα ότι τα υλικά της ζωής θα μπορούσαν να έχουν παραδοθεί στη Γη από αλλού.

“Μας λέει ότι αυτή η διαδικασία συμβαίνει παντού, τουλάχιστον στον γαλαξία μας”, λέει ο αστροχημικός Michel Nuevo του ερευνητικού κέντρου Ames της NASA στο Moffett Field, Καλιφόρνια.

Ο Nuevo και οι συνάδελφοί του έψυξαν νερό και μεθανόλη σε περίπου -260° Κελσίου μέσα σε θάλαμο κενού και έριχναν τον πάγο με την υπεριώδη ακτινοβολία, μιμούμενοι τις συνθήκες που βρέθηκαν στα διαστρωματικά σύννεφα. Η θέρμανση των πάγων με την υπεριώδη ακτινοβολία προσομοιώνει αυτό που συμβαίνει όταν γεννιέται ένα νεαρό αστέρι. Μετά την ανάλυση του περιεχομένου του πάγου, η ομάδα εντόπισε 2-δεοξυριβόζη, καθώς και διάφορα άλλα είδη σακχάρων που έγιναν σε παρόμοια πειράματα στο παρελθόν.

Τα πειράματα που είχαν δημιουργήσει τη ριβόζη, το σάκχαρο του RNA, πρότειναν ότι τα σάκχαρα θα μπορούσαν να δημιουργηθούν από αντιδράσεις που αφορούσαν το απλό μόριο φορμαλδεΰδης, το οποίο βρέθηκε σε κομήτες. Αλλά αυτές οι αντιδράσεις οδηγούν πάντοτε σε σάκχαρα με περισσότερα μόρια οξυγόνου από ότι η δεοξυριβόζη, λέει ο Nuevo. “Το γεγονός ότι έχουμε δημιουργήσει δεοξυριβόζη οδηγεί σε ένα άλλο είδος μηχανισμού.”

Ο Nuevo και οι συνάδελφοί του βρήκαν επίσης απλά δεόξυ σάκχαρα σε δείγματα μετεωριτών, αλλά όχι δεοξυριβόζη. Αυτό θα μπορούσε να υποδηλώσει ότι, αν και η δεοξυριβόζη μπορεί να σχηματιστεί σε κομμάτια πάγου που προηγούνται των αστεριών, τα σάκχαρα δεν είναι σταθερές ενώσεις στα βραχώδη πετρώματα που τελικά σχηματίζουν τους πλανήτες.

Δύο τρέχουσες αποστολές είναι σε θέση να βοηθήσουν να καταλάβουν τι συμβαίνει. Η μία είναι η αποστολή Hayabusa2 της Ιαπωνίας  και η άλλη η αποστολή OSIRIS-REx της NASA που θα φέρουν δείγματα στη Γη, όπου οι επιστήμονες θα μπορέσουν να τα μελετήσουν και να αναζητήσουν για σημάδια δεοξυριβόζης και άλλων βιολογικά σημαντικών μορίων.