Ουάσινγκτον προς Πεκίνο: Σταματήστε την «επικίνδυνη» δράση στη Θάλασσα της Νότιας Κίνας

 

Η Ουάσινγκτον κάλεσε το Σάββατο το Πεκίνο να τερματίσει την «προκλητική και επικίνδυνη» δράση του στα διαφιλονικούμενα ύδατα της Θάλασσας της Νότιας Κίνας, μετά από μια παρ' ολίγον σύγκρουση μεταξύ σκάφους του κινεζικού λιμενικού με φιλιππινέζικο πλοίο.

«Καλούμε το Πεκίνο να σταματήσει την προκλητική και επικίνδυνη δράση του», δήλωσε ο εκπρόσωπος του Στέιτ Ντιπάρτμεντ, ο Μάθιου Μίλερ σε ανακοίνωση του, επιβεβαιώνοντας στην ακλόνητη υποστήριξη της Ουάσινγκτον τον «σύμμαχό» της, Μανίλα.

Οι ΗΠΑ υπενθύμισαν ότι «μια ένοπλη επίθεση στον Ειρηνικό, στη Θάλασσα της Νότιας Κίνας, κατά των ενόπλων δυνάμεων των Φιλιππίνων, κυβερνητικών πλοίων ή αεροσκαφών, συμπεριλαμβανομένων εκείνων του Λιμενικού Σώματος, θα είχε ως αποτέλεσμα την εφαρμογή αμοιβαίων αμυντικών δεσμεύσεων των ΗΠΑ» με τις Φιλιππίνες βάσει μιας συνθήκης του 1951.

Το περιστατικό, που ανέβασε τους τόνους μεταξύ Πεκίνου και Μανίλα, συνέβη την Κυριακή κοντά στους νήσους Σπράτλι, την επομένη των συνομιλιών στην πρωτεύουσα των Φιλιππίνων μεταξύ του Κινέζου υπουργού Εξωτερικών Τσιν Γκανγκ και του προέδρου των Φιλιππίνων, Φερντινάντο Μάρκος Τζούνιορ. Στόχος της συνάντησης εκείνης ήταν η αποκλιμάκωση της έντασης μεταξύ των δύο χωρών αναφορικά με αυτά τα διαφιλονικούμενα ύδατα.

Το συμβάν σημειώθηκε ενώ ο πρόεδρος των Φιλιππίνων αναμένεται στην Ουάσινγκτον αύριο Δευτέρα για να γίνει δεκτός από τον ομόλογό του, Τζο Μπάιντεν, στον Λευκό Οίκο.

Η Κίνα ισχυρίζεται ότι πρώτη ανακάλυψε και έδωσε όνομα στα νησιά στη θάλασσα της Νότιας Κίνας, μια τεράστια περιοχή από την οποία περνά πλέον μεγάλο μέρος του εμπορίου μεταξύ της Ασίας και του υπόλοιπου κόσμου. Το Πεκίνο διεκδικεί μεγάλο μέρος των μικρών νησιών και των υφάλων που βρίσκονται εκεί, όμως και άλλες χώρες – Φιλιππίνες, Βιετνάμ, Μαλαισία, Μπρουνέι—έχουν αξιώσεις στην περιοχή και κάθε μία ελέγχει αρκετά νησιά.

Στο συμβάν της Κυριακής σκάφος του κινεζικού λιμενικού έκλεισε τον δρόμο σε ένα φιλιππινέζικο πλοίο, το οποίο ήταν δύο φορές πιο μικρό από το κινεζικό, με αποτέλεσμα να βρεθούν σε απόσταση 45 μέτρων το ένα από το άλλο, αποφεύγοντας παρ’ ολίγον τη σύγκρουση, επεσήμανε το πολεμικό ναυτικό των Φιλιππίνων. Ομάδα του Γαλλικού Πρακτορείου που βρισκόταν σε άλλο φιλιππινέζικο πλοίο, έπειτα από πρόσκληση να συμμετάσχει σε περιπολία στην περιοχή, έγινε μάρτυρας του περιστατικού.

«Οι εικόνες και τα βίντεο που δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στα μέσα ενημέρωσης είναι μια μια υπενθύμιση ότι η Λαϊκή Δημοκρατία της Κίνας παρενοχλεί και εκφοβίζει φιλιππινέζικα πλοία που πραγματοποιούν περιπολίες ρουτίνας στην αποκλειστική οικονομική ζώνη τους», τόνισε το Στέιτ Ντιπάρτμεντ.

Η Κίνα απάντησε στο περιστατικό την Παρασκευή κατηγορώντας τη Μανίλα ότι προσπάθησε «σκοπίμως» να προκαλέσει επεισόδιο στα διαφιλονικούμενα ύδατα της θάλασσας της Νότιας Κίνας. Η Μανίλα από την πλευρά της υποστήριξε ότι «οι περιπολίες ρουτίνας στα ύδατά μας δεν μπορούν να είναι ούτε προμελετημένες ούτε προκλητικές», σημειώνοντας πως η χώρα «άσκησε ένα νόμιμο δικαίωμά της, το οποίο θα εξακολουθήσει να ασκεί».

 

Μπουρκίνα Φάσο: Σφαγή 136 ατόμων, μεταξύ των οποίων 21 παιδιά

 

Τον στρατό της Μπουρκίνα Φάσο κατηγορούν μία οργάνωση των ανθρωπίνων δικαιωμάτων και κάτοικοι ενός χωριού για τη σφαγή 136 ατόμων στις 20 Απριλίου.

Ωστόσο, το στρατιωτικό καθεστώς της Μπουρκίνα Φάσο καταδίκασε την επίθεση που έγινε στο χωριό Καρμά με ανακοίνωση που δημοσιοποίησε την 27η Απριλίου, χωρίς όμως να δώσει επίσημο απολογισμό των θυμάτων.

Νωρίτερα ένας εισαγγελέας στην Ουαϊγκουγιά, ονόματι Λαμίν Καμπορέ, είχε ανακοινώσει πως ενημερώθηκε από τη χωροφυλακή ότι στο χωριό Καρμά που βρίσκεται στην επαρχία Γιατεγκά, κοντά στα σύνορα με το Μαλί, «περίπου 60 άνθρωποι σκοτώθηκαν από άνδρες που φόραγαν στολές των ενόπλων δυνάμεών μας». Πρόσθεσε ακόμη ότι διενεργείται έρευνα για το περιστατικό.

Ακόμη, σύμφωνα με μία ανακοίνωση που δόθηκε στη δημοσιότητα το Σάββατο από κατοίκους και επιζήσαντες ανέφερε πως το χωριό Καρμά περικυκλώθηκε το πρωί της 20ής Απριλίου από βαριά οπλισμένους άνδρες με στολές και διακριτικά του στρατού, που κινούνταν με μοτοσικλέτες, ανοιχτά ημιφορτηγά και τεθωρακισμένα οχήματα. «Οι χωρικοί αρχικά χάρηκαν για την άφιξή της, αλλά η χαρά έγινε κομμάτια όταν (οι στρατιώτες) άρχισαν να πυροβολούν», σύμφωνα με την ανακοίνωση, που κάνει λόγο για 136 νεκρούς και 9 τραυματίες.

Η οργάνωση υπεράσπισης των ανθρωπίνων δικαιωμάτων «Συλλογικότητα εναντίον της ατιμωρησίας και του στιγματισμού κοινοτήτων» (Collectif contre l'impunité et la stigmatisation des communautés, CISC) ανέφερε ότι καταμέτρησε «136 πτώματα στο Καρμά, ανάμεσά τους 50 γυναίκες και 21 παιδιά», συμπεριλαμβανομένων βρεφών που εκτελέστηκαν μαζί με τις μητέρες τους. Η ανακοίνωση αυτή εστάλη στο Γαλλικό Πρακτορείο την Παρασκευή (28/4).

Κι άλλες κοινότητες της περιοχής υπέστησαν επίσης επιθέσεις την 20ή Απριλίου από τους ένοπλους με στολές και διακριτικά του στρατού, πρόσθεσε η CISC, κάνοντας λόγο για έξι νεκρούς στο χωριό Ντιγκιρί, δύο στο Μενέ και τρεις στον δρόμο ανάμεσα στην Ουαϊγκουγιά και την Μπαργκά.

Στο Καρμά «μάζεψαν τους άμαχους κατά δεκάδες και ανά γειτονιά» προτού δοθεί «η διαταγή: "Σκοτώστε τους όλους"», ανέφερε ο πρόεδρος της CISC, ο Νταουντά Ντιαλό, στον οποίο απονεμήθηκε το 2022 το βραβείο Martin Ennals, το «Νόμπελ» των ανθρωπίνων δικαιωμάτων.

Η υπενθύμισε πως οι σφαγές των αμάχων διαπράχθηκαν μια εβδομάδα μετά τους θανάτους έξι στρατιωτών και 34 βοηθητικών των ενόπλων δυνάμεων σε επίθεση φερόμενων ως τζιχαντιστών κοντά στο χωριό Αορεμά, περίπου 15 χιλιόμετρα από την Ουαϊγκουγιά.

«Σύμφωνα με όσα είπαν επιζήσαντες, οι δράστες της επίθεσης κατηγόρησαν τους κατοίκους του χωριού Καρμά πως προσέφεραν στέγη σε μέλη τρομοκρατικών οργανώσεων», ανέφερε ο κ. Ντιαλό.

Η CISC «καταδικάζει σθεναρά» τη νέα σφαγή αμάχων, τόνισε υπενθυμίζοντας πως έχουν υπάρξει καταγγελίες για σειρά δολοφονιών πολιτών από στρατιωτικούς και βοηθητικούς των ένοπλων δυνάμεων κατά τη διάρκεια του αγώνα εναντίον των τζιχαντιστών.

Αξίωσε να διενεργηθεί «πλήρης και αμερόληπτη έρευνα για τα φρικιαστικά εγκλήματα αυτά με θύματα αμάχους» και να «προσαχθούν όλοι οι υπεύθυνοι και οι ηθικοί αυτουργοί ενώπιον της δικαιοσύνης», κρίνοντας πως «η ατιμωρησία ανοίγει τον δρόμο σε κάθε πιθανή παρεκτροπή», από τα «ξεκαθαρίσματα λογαριασμών» ως «τις σφαγές ευρείας κλίμακας».

Την Πέμπτη, το στρατιωτικό καθεστώς καταδίκασε «σθεναρά» τη «βάρβαρη» επίθεση στο Καρμά και διαβεβαίωσε πως θα παρακολουθήσει «από πολύ κοντά την εξέλιξη της έρευνας» που διενεργείται από τον εισαγγελέα της Ουαϊγκουγιά για εξιχνιαστεί η υπόθεση και οι υπεύθυνοι να «λογοδοτήσουν».

To Σάββατο ούτε ο στρατός, ούτε η στρατιωτική κυβέρνηση απάντησαν όταν το πρακτορείο ειδήσεων Reuters τους ζήτησε σχόλιο για τις ανακοινώσεις των κατοίκων και της ΜΚΟ.

Αντιπρόσωπος των κατοίκων, κατά τη διάρκεια συνέντευξης Τύπου στην Ουαϊγκουγιά, έκρινε πως η ανακοίνωση της κυβέρνησης δείχνει αδιαφορία και περιφρόνηση για τους κατοίκους του χωριού Καρμά και σπέρνει σύγχυση για τις ευθύνες του στρατού. «Εμείς, οι κάτοικοι και οι επιζήσαντες (...) δεν έχουμε καμιά αμφιβολία για το ποιος ευθύνεται. Δεν θα μας ξεγελάσει κανείς», επέμεινε.

Την Μπουρκίνα Φάσο, ειδικά το βόρειο τμήμα της, αιματοκυλίζουν συχνά από το 2015 οργανώσεις που ορκίζονται πίστη στο Ισλαμικό Κράτος ή στην Αλ Κάιντα. Εξαπλώθηκαν από γειτονικά κράτη, το Μαλί και τον Νίγηρα, συνολικά, έχουν σκοτωθεί πάνω από 10.000 άνθρωποι, πολίτες και στρατιωτικοί, σύμφωνα με μη κυβερνητικές οργανώσεις, ενώ έχουν εκτοπιστεί άλλοι δυόμισι εκατομμύρια πολίτες.

 

Επιστήμονες αναγνώρισαν τη χημική ένωση από την οποία μπορεί να προήλθε η ζωή στη Γη

 

Κάποια στιγμή στην ιστορία της Γης, υπήρξε ένα κρίσιμο σημείο όπου οι χημικές αντιδράσεις ανάμεσα στα οργανικά μόρια ξεκίνησαν να σχηματίζουν κάτι βιολογικό. Η πρώτη μεταβολική αντίδραση παραμένει μέχρι σήμερα ένας τομέας υποθέσεων, ωστόσο μία ομάδα ερευνητών από το Rutgers University αναγνώρισαν μία πρωτεΐνη η οποία μπορεί να έπαιξε καίριο ρόλο στο ξεκίνημα της ζωής όπως την ξέρουμε.

Ο λόγος για ένα πεπτίδιο το οποίο αποκαλούν Nickelback. Η ονομασία προήλθε από την “ραχοκοκαλιά” της πρωτεΐνης, η οποία αποτελείται από μία αλυσίδα αμινοξέων και δύο άτομα υδρογόνου τα οποία συνδέονται με ένα ζεύγος ατόμων του νικελίου.

 

Οι επιστήμονες πιστεύουν πως κάποια στιγμή μεταξύ 3.5 και 3.8 δισεκατομμυρίων ετών πριν, υπήρξε ένα σημείο καμπής, κάτι που ξεκίνησε την αλλαγή από την προβιοτική χημεία – μόρια πριν τη ζωή – σε ζωντανά, βιολογικά συστήματα. Πιστεύουμε πως η αλλαγή προκλήθηκε από λίγες πρωτεΐνες οι οποίες πραγματοποίησαν βήματα-κλειδιά σε μία αρχαία μεταβολική αντίδραση. Και νομίζουμε πως βρήκαμε ένα από αυτά τα αρχικά πεπτίδια. – Vikas Nanda, βιοχημικός και μοριακός βιολόγος

Για να καταλήξουν σε αυτό το πεπτίδιο, οι επιστήμονες ξεκίνησαν με σύγχρονες πρωτεΐνες οι οποίες καθοδηγούν τις μεταβολικές διεργασίες σε πολλές βιοχημικές αντιδράσεις. Οι αρχαίες πρωτεΐνες θα ήταν πολύ απλούστερες, για αυτό οι επιστήμονες διέσπασαν τις πρωτεΐνες στα βασικά χαρακτηριστικά τους. Τα πειράματα ανέδειξαν το Nickelback ως ένα πιθανό υποψήφιο ο οποίος θα μπορούσε να σχηματιστεί στην προβιοτική Γη, αλλά ταυτόχρονα είναι αρκετά σύνθετο για να αντλήσει ενέργεια από το περιβάλλον και να παράγει κάτι με αυτήν.

Χρησιμοποιεί συνολικά 13 αμινοξέα, τα βασικά συστατικά των πρωτεϊνών δηλαδή και της ίδιας της ζωής πρακτικά. Το νικέλιο θα ήταν ένα άφθονο μέταλλο στους πρώτους ωκεανούς του πλανήτη μας. Όταν συνδέονται με τα πεπτίδια, τα άτομα του νικελίου δρουν ως καταλύτης και απελευθερώνουν αέριο υδρογόνο, το οποίο θα ήταν μία σημαντική πηγή ενέργειας πριν δισεκατομμύρια χρόνια.

Αυτό είναι πολύ σημαντικό, επειδή υπάρχουν πολλές θεωρίες σχετικά με την προέλευση της ζωής, αλλά πολύ λίγες εργαστηριακές δοκιμές για να δοκιμάσουν αυτές τις θεωρίες. Η δουλειά μας δείχνει πως όχι μόνο τα απλά πρωτεϊνικά μεταβολικά ένζυμα είναι πιθανά, αλλά πως είναι και πολύ σταθερά και πολύ δραστήρια, κάνοντάς τα μία σοβαρή πιθανότητα για το σημείο έναρξης της ζωής.

Η ανακάλυψη αυτή θα είναι χρήσιμη για να ξέρουμε ποιες βιοϋπογραφές να ψάχνουμε όταν ερευνούμε για ζωή σε άλλους πλανήτες.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Science Advances.

Εδώ μεταφρασμένη όλη η εργασία, για όσους θέλουν λεπτομέρειες.

Αφηρημένη

Οι προγονικές μεταβολικές διεργασίες περιλαμβάνουν την αναστρέψιμη οξείδωση του μοριακού υδρογόνου από την υδρογονάση. Τα υπάρχοντα ένζυμα υδρογονάσης είναι πολύπλοκα και περιλαμβάνουν εκατοντάδες αμινοξέα και πολλαπλούς συμπαράγοντες. Σχεδιάσαμε ένα πεπτίδιο 13-αμινοξέων που δεσμεύει το νικέλιο, ικανό να παράγει σθεναρά μοριακό υδρογόνο από πρωτόνια κάτω από μια μεγάλη ποικιλία συνθηκών. Το πεπτίδιο σχηματίζει ένα σύμπλεγμα δι-νικελίου δομικά ανάλογο με ένα σύμπλεγμα Ni-Fe στην υδρογονάση [NiFe] και το σύμπλεγμα Ni-Ni στην συνθάση ακετυλο-CoA, δύο αρχαίες, υπάρχουσες πρωτεΐνες κεντρικές στον μεταβολισμό. Αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι τα σύγχρονα ένζυμα, παρά την τεράστια πολυπλοκότητά τους, πιθανότατα εξελίχθηκαν από απλούς πρόδρομους πεπτιδίου στην πρώιμη Γη.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Στον σύγχρονο κόσμο, το μοριακό υδρογόνο (Η₂) χρησιμοποιείται μόνο ως πηγή ενέργειας από εξειδικευμένους μικροοργανισμούς σε αναερόβια περιβάλλοντα, αλλά νωρίς στην ιστορία της Γης, οι πρώτοι μικροβιοτικοί μεταβολισμοί σχεδόν σίγουρα εξαρτώνται από το Η₂ (1, 2). Η αναστρέψιμη βιολογική οξείδωση του Η₂ καταλύεται από υδρογονάσες, οξειδοαναγωγικά μεταλλοένζυμα με ενεργές θέσεις σιδήρου-σιδήρου (Fe-Fe), νικελίου-σιδήρου (NiFe) ή μόνο σιδήρου (Fe) (3, 4). Οι υπάρχουσες υδρογονάσες είναι πολύπλοκες νανομηχανές που περιλαμβάνουν εκατοντάδες αμινοξέα, πολλαπλές υπομονάδες και πολλαπλούς συμπαράγοντες μετάλλων που μεταφέρουν ηλεκτρόνια στην ενεργή θέση Ni-Fe (3). Οι φυλογενετικές μελέτες υποδηλώνουν ότι οι υδρογονάσες [NiFe] είναι προγονικές (4). Τα διαλυτά ιόντα νικελίου και σιδήρου ήταν πολύ πιο άφθονα κάτω από ανοξικές συνθήκες που χαρακτήριζαν τους ωκεανούς του Αρχαίου και του Προτεροζωικού από σήμερα (5, 6). Ωστόσο, οι πρώτες υδρογονάσες πρέπει να ήταν πολύ μικρότερες και απλούστερες. Μελέτες μοντέλων μιας ρουμπρεδοξίνης υποκατεστημένης με Ni υποδηλώνουν ότι μια μικρή πρωτεΐνη μπορεί να αναπτύξει Η₂ (7). Εδώ, αποδεικνύουμε ότι ένα πολύ βραχύ πεπτίδιο μπορεί εύκολα να σχηματίσει διπυρηνικά σμήνη Ni-Ni ικανά να εξελίξουν καταλυτικά το H₂. Τέτοια πεπτίδια είναι αρκετά απλά ώστε θα μπορούσαν να έχουν εμφανιστεί αυθόρμητα κατά τη διάρκεια ενός πρεβιοτικού σταδίου στην προέλευση της ζωής, δίνοντας αφορμή για τα πρώτα δίκτυα μεταβολικής αντίδρασης.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Υπολογιστικός σχεδιασμός πεπτιδίων

Στις υπάρχουσες υδρογονάσες [NiFe], τα μεταλλικά ιόντα ενεργού τόπου συντονίζονται από τέσσερις κυστεΐνες, κυανίδιο (CN−), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και νερό (Εικ. 1, αριστερά). Οι κυστεΐνες διαχωρίζονται από εκατοντάδες αμινοξέα, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον σχεδιασμό ενός μικρού πεπτιδικού αναλόγου απευθείας από τη φυσική αλληλουχία. Αντίθετα, ερευνήσαμε ελάχιστες θέσεις δέσμευσης μετάλλων σε υπάρχουσες δομές πρωτεΐνης για γεωμετρίες συμβατές με τον συντονισμό ιόντων Ni²⁺ μέσα σε μια σύντομη, συνεχή περιοχή ακολουθίας (εικ. S1). Αντικαθιστώντας τα καρβοξυλικά με θειόλες σε μια υπάρχουσα θέση δέσμευσης ασβεστίου (8), εντοπίσαμε ένα πρότυπο CxCGCxxxxxCG. Οι θέσεις της μεταβλητής (x) επιλέχθηκαν υπολογιστικά χρησιμοποιώντας την καθοδηγούμενη από δομή πλατφόρμα σχεδίασης πρωτεΐνης protCAD (9), με αποτέλεσμα τα αρχικά σχέδια (βλ. Υλικά και Μέθοδοι για λεπτομέρειες). Ωστόσο, όπως περιγράφεται παρακάτω, οι τιτλοδοτήσεις δέσμευσης νικελίου έδειξαν στοιχειομετρία μετάλλου:πεπτιδίου 2:1, παρακινώντας μας να μοντελοποιήσουμε μια διπυρηνική θέση μέσα στο ίδιο ικρίωμα. Στο τελικό μοντέλο nickelback (NB) (Εικ. 1, μέση), ο συντονισμός μετάλλων μιμείται τα χαρακτηριστικά της θέσης ακετυλο-CoA (συνένζυμο Α) συνθάσης (ACS) δι-νικελίου Α-συστάδας (Εικ. 1, δεξιά). Όπως και στο φυσικό ACS, ένα μοτίβο CGC παρέχει δύο αμίδια ραχοκοκαλιάς (G4 και C5) και δύο θειόλες πλευρικής αλυσίδας (C3 και C5) για να συντονίζουν τον (απώτερο) συντονισμό ιόντων Ni²⁺ σε μια τετράγωνη-επίπεδη γεωμετρία. Οι θειόλες C3 και C5 χρησιμεύουν επίσης ως συνδέτες γεφύρωσης σε ένα δεύτερο (εγγύς) ιόν Ni²⁺ του οποίου ο συντονισμός ολοκληρώνεται με τις υπόλοιπες κυστεΐνες C1 και C12. Ορίζουμε εγγύς/άπω θέσεις Ni²⁺ με βάση την ονοματολογία από ισοδύναμες θέσεις ιόντων νικελίου στο ACS A-cluster και την υδρογονάση. Οι συντεταγμένες για τη λειτουργική θεωρία πυκνότητας (DFT)–βελτιστοποιημένο μοντέλο του NB-2Ni παρέχονται στο ModelArchive (εικ. S2) (10).

 

Εικ. 1. Μοντέλο δομής του NB και σύγκριση με φυσικά ένζυμα.

Η υδρογονάση [Ni-Fe] (αριστερά) (PDB ID: 5XLE) και η ACS (δεξιά) (PDB ID: 1RU3) είναι μεγάλες, πολύπλοκες πρωτεΐνες με ενεργές θέσεις διμετάλλων που συντονίζονται από μερικούς συνδέτες. Η δομή του μοντέλου του NB (μέση) συνδυάζει στοιχεία και των δύο ενεργών θέσεων σε ένα πολυπεπτίδιο 13 υπολειμμάτων.

 

Σύνθεση και ανασύσταση νικελίου

Το Apo-NB παρήχθη με σύνθεση στερεάς φάσης 9-φθορενυλ μεθοξυκαρβονυλίου και ανασυστάθηκε με άλατα Ni²⁺ στους 50°C. Το συγκρότημα συστάδας δι-νικελίου παρακολουθήθηκε με φασματοσκοπίες απορρόφησης υπεριώδους-ορατού και κυκλικού διχρωμισμού (CD) (Εικ. 2, Α και Γ). Ταυτοποιήθηκαν δύο οπτικά ενεργά είδη: ένα ενδιάμεσο στάδιο (2NB-1Ni) με τη στοιχειομετρία 2:1 (πεπτίδιο:Ni) και το ενεργό στάδιο (NB-2Ni) κορεσμένο σε στοιχειομετρία 1:2. Τα ισοβωτικά σημεία στα φάσματα CD (σημειωμένα με βέλη στο Σχήμα 2Α) υποδεικνύουν μια άμεση μετατροπή από 2NB-1Ni σε NB-2Ni κατά την ανασύσταση. Η φασματική αποσύνθεση των φασμάτων CD με ένα μοντέλο δύο συστατικών (εικ. S5 και S6) χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των κλασματικών συγκεντρώσεων του 2NB-1Ni και του NB-2Ni κατά τη διάρκεια της πορείας της ανασύστασης Ni (Εικ. 2Β). Για να επιτραπεί η ποσοτική εκτίμηση των συγκεντρώσεων πεπτιδίου, εξετάστηκε επίσης μια παραλλαγή NB που περιέχει τρυπτοφάνη (NB-Trp, N8W) (σχήματα S7, S12 και S14).

 

`Εικ. 2. Συνδεσμολογία και δραστηριότητα της NB.

(Α) Φάσματα CD του NB ως συνάρτηση του προστιθέμενου Ni: [NB] = 750 μM (pH 7,5), θερμοκρασία = 50°C. Η κορυφή στα 340 nm (που αποδίδεται σε 2NB-1Ni) στην αρχή μεγαλώνει, φτάνοντας στο μέγιστο σε [Ni] = 450 μM (συμπαγής μωβ γραμμή) και στη συνέχεια μειώνεται σε ακόμη υψηλότερες συγκεντρώσεις [Ni]. Η κορυφή στα 430 nm (που εκχωρείται στο NB-2Ni) αρχίζει να αναπτύσσεται μόνο σε [Ni] > 500 μM και αυξάνεται μονότονα για να κορεσθεί γύρω από [Ni] = 1650 μM (συμπαγής μπλε γραμμή). Τα μαύρα βέλη δείχνουν ισοσβεστικά σημεία. (Β) Κλασματικές συγκεντρώσεις 2NB-1Ni και NB-2Ni όπως εξάγονται από τη φασματική αποσύνθεση δύο συστατικών των φασμάτων CD από το (Α), όπως φαίνεται στα Σχ. S5 και S6. Οι διακεκομμένες γραμμές ταιριάζουν χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο ανασύστασης δύο βημάτων: apo-NB → 2NB-1Ni → NB-2Ni (εικ. S6). Τα ανώτερα όρια για τις σταθερές δέσμευσης Ni²⁺ εκτιμήθηκαν από την προσαρμογή ότι είναι περίπου 1 μM τόσο στο 2NB-1Ni όσο και στο NB-2Ni. Οι επαναλήψεις αυτής της ογκομέτρησης επιβεβαίωσαν τον κορεσμό μετάλλου πέρα από μια στοιχειομετρία πεπτιδίου-νικελίου 1:2 (εικ. S7). (Γ) Φάσματα απορρόφησης καθαρού 2NB-1Ni και NB-2Ni με χαρακτηριστικές ζώνες επισημασμένες. (D) Κύματα αναγωγής σε μαζικά διαλύματα CV πειράματα σε διαφορετικά στάδια ανασύστασης Ni σε NB: [NB] = 750 μM (pH 7,5), προστέθηκε [Ni] υποδεικνύεται για κάθε ίχνος (πλήρη ίχνη στα σχ. S14 έως S16). NHE - κανονικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου. Το καταλυτικό ρεύμα στα -850 mV (κάθετη διακεκομμένη γραμμή) αρχίζει να αναπτύσσεται μόνο σε [Ni] > 500 μM και αυξάνεται γραμμικά με το κλάσμα NB-2Ni όπως φαίνεται στο (Ε). (F) Φωτοχημική εξέλιξη Η₂ από NB-2Ni (10 μM) με EosinY (500 μM) και TEOA (500 mM), φωτισμός 540 nm (pH 8) στους 37°C.

 

Δομική και χημική σταθερότητα

Οι μετρήσεις δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS) του NB-2Ni έδειξαν ένα κυρίαρχο μονοδιασπαρμένο είδος με ακτίνα ενυδάτωσης σύμφωνη με ένα συμπαγές μονομερές πεπτίδιο (εικ. S20). Το πλήρως ανασυσταθέν NB-2Ni επιβεβαιώθηκε ότι είναι σταθερό σε pH 5,5 έως 10 (εικ. S8), σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών από 20° έως 90°C (εικ. S9), χωρίς σημάδια συσσωμάτωσης όταν αποθηκεύεται σε διαλύματα για αρκετούς μήνες και μάλιστα παρουσία μοριακού οξυγόνου ή διαλυμένου διττανθρακικού (εικ. S10 και S11). Σε ένα αρχαίο πλαίσιο της Γης, το NB-2Ni θα αναμενόταν να είναι σταθερό σε ένα εύρος προβλεπόμενων τιμών pH των ωκεανών και θερμοκρασιών που θα συναντούσαν οι πρώιμοι πεπτιδικοί καταλύτες κατά τη διάρκεια του Αρχαίου Αιώνα (11).

Η ενισχυμένη σταθερότητα του NB-2Ni πιθανότατα προέρχεται από τη συμπαγή, κλειστού κελύφους χηλική γεωμετρία του (Εικ. 1), όπου το τμήμα CNCGC παρέχει έναν σφιχτό συντονισμό τετραδοντίου και για τα δύο ιόντα Ni²⁺. Δεν υπάρχουν άλλοι συνδέτες κυστεΐνης που δυνητικά θα μπορούσαν να διασταυρωθούν και να οδηγήσουν σε ολιγομερισμό. Η γεωμετρία χηλίωσης κλειστού κελύφους του NB το διακρίνει από άλλα εξεταζόμενα πολυπεπτίδια που περιέχουν Cys, πολλά από τα οποία ολιγομερίζονται παρουσία Ni²⁺ και άλλων δισθενών μεταλλικών ιόντων (12, 13).

Δραστηριότητα οξειδοαναγωγής

Παράλληλα με τις οπτικές μελέτες, διερευνήσαμε την οξειδοαναγωγική δραστηριότητα τόσο των ενδιάμεσων συμπλοκών 2NB-1Ni όσο και των ώριμων συμπλεγμάτων NB-2Ni χρησιμοποιώντας κυκλική βολταμετρία (CV; Εικ. 2D και εικ. S16 έως S18). Τα είδη 2NB-Ni δεν εμφάνισαν οξειδοαναγωγική δράση. Το κύμα μείωσης σε σχήμα S αναπτύχθηκε μόνο σε υψηλές συγκεντρώσεις ανασυσταθέντος Ni²⁺ (Εικ. 2D), με το καταλυτικό ρεύμα στα -850 mV [έναντι τυπικού ηλεκτροδίου υδρογόνου (SHE)] να συσχετίζεται άμεσα με το κλάσμα των ειδών NB-2Ni (Εικ. 2Ε). Αυτό το δυναμικό οξειδοαναγωγής είναι περισσότερο από αρκετό για να οδηγήσει την αντίδραση εξέλιξης υδρογόνου (HER), με E0 = -440 mV σε pH 7,5.

Έλεγχοι κυστεΐνης-νικελίου

Μελέτες ελέγχου σε ελεύθερη κυστεΐνη που έχει συμπλοκοποιηθεί με μέταλλο έδειξαν ότι ενώ σχηματίζονται χηλικές ενώσεις νικελίου, έχουν πολύ διαφορετική δομή συντονισμού σε σύγκριση με το NB-2Ni όπως μετράται με CD (εικ. S19A). Οι χηλικές ενώσεις κυστεΐνης-Νί δεν σχημάτισαν μονοδιασπαρμένα είδη όπως μετρήθηκε με DLS (εικ. S20). Το CV επιβεβαίωσε ότι οι χηλικές ενώσεις κυστεΐνης-Ni δεν εμφάνισαν καταλυτικό ρεύμα σύμφωνο με την αναγωγική έκλυση υδρογόνου. Μαζί, αυτές οι παρατηρήσεις είναι σύμφωνες με το NB-2Ni που σχηματίζει ένα σταθερό, μοναδικό σύμπλοκο συντονισμού ικανό για οξειδοαναγωγική χημεία που δεν μπορεί να αποδοθεί σε μη ειδικά σύμπλοκα μετάλλου-θειόλης ή χηλικές ενώσεις σε πεπτίδια πλούσια σε κυστεΐνη (12-14).

Φωτοκατάλυση

Η καταλυτική παραγωγή Η₂ από NB-2Ni αποδείχθηκε χρησιμοποιώντας μια φωτοχημική δοκιμασία με οργανική χρωστική (EosinY) ως φωτοευαισθητοποιητή και τριαιθανολαμίνη (TEOA) ως θυσιαζόμενο δότη ηλεκτρονίων που ακτινοβολήθηκε στα 540 nm (15). Η έκλυση Η₂ ποσοτικοποιήθηκε χρησιμοποιώντας αέρια χρωματογραφία. Σε pH 8, προέκυψε ο αριθμός κύκλου εργασιών TON = 500 και η συχνότητα κύκλου εργασιών TOF = 0,2 H2/min (Εικ. 2F). Παρά το μικρό μέγεθος του NB, το TOF του είναι συγκρίσιμο με αυτό άλλων σχεδίων σύνδεσης Ni (0,1 έως 0,9 H2/min), ενώ το TON είναι μεγαλύτερο (16, 17).

EPR δομικός χαρακτηρισμός της μειωμένης κατάστασης

Ανιχνεύσαμε τη δομή της θέσης δι-νικελίου στο NB-2Ni με ηλεκτρονιακό παραμαγνητικό συντονισμό (EPR). Καθώς και τα δύο νικέλια βρίσκονται σε κατάσταση οξείδωσης 2+, η κατάσταση ηρεμίας του NB-2Ni δεν είναι ενεργή EPR. Προσθήκη του ισχυρού αναγωγικού ευρωπίου διαιθυλενοτριαμίνης πενταοξικού οξέος [Eu(II)DTPA, E0 = −1,1 V σε pH 8; (18)] απέτυχε να παράγει οποιαδήποτε ανιχνεύσιμη συγκέντρωση ανηγμένου NB-2Ni με ένα ηλεκτρόνιο, πιθανότατα λόγω του γρήγορου καταλυτικού κύκλου εργασιών HER με όλο το αναγωγικό να καταναλώνεται σε χρονική κλίμακα δευτερολέπτων και πριν καταψυχθεί το δείγμα. Ωστόσο, ήταν δυνατό να παγιδευτεί ένα ανηγμένο κατά ένα ηλεκτρόνιο NB-2Ni σε επαρκώς υψηλή απόδοση 10 έως 25% όταν προστέθηκε Eu(II)DTPA παρουσία μικρών προσδεμάτων, είτε CN− είτε διττανθρακικών, και μετά την αύξηση του pH σε 8 έως 10 (Εικ. 3Α και εικ. S21). Μια ανιχνεύσιμη απόδοση (10%) ανηγμένου με ένα ηλεκτρόνιο NB-2Ni ελήφθη επίσης με οξείδιο του δευτερίου (D₂O) χωρίς μικρούς υποκαταστάτες (εικ. S22). Το σήμα EPR ήταν πανομοιότυπο σε όλες τις περιπτώσεις, υποδεικνύοντας ότι οι μικροί υποκαταστάτες ή η δευτεριοποίηση διαλύτη απλώς επιβράδυναν τον κύκλο εργασιών αναγωγής, παγιδεύοντας έτσι σημαντικά κλάσματα σε κατάσταση μειωμένης κατά ένα ηλεκτρόνιο.

 

Εικ. 3. Δομικός χαρακτηρισμός του NB-2Ni.

Φάσματα EPR του (Α) ανηγμένου και (Β) οξειδωμένου NB-2Ni σε pH 10, μετρημένα στους 20 και 30 Κ, αντίστοιχα: συμπαγείς γραμμές, πείραμα. διακεκομμένες γραμμές, προσομοιώσεις EPR. Οι κύριες τιμές του παράγοντα g σημειώνονται με κάθετες γραμμές και αριθμούς. Το οξειδωμένο NB-2Ni στο (Β) μετρήθηκε απουσία (μπλε ίχνη) και παρουσία (κόκκινα ίχνη) προσδεμάτων ιμιδαζόλης (10 mM). (Γ) Η συμμετρία του παράγοντα g του ανηγμένου (οξειδωμένου) NB-2Ni είναι παρόμοια με το Ni¹⁺ στην υδρογονάση [NiFe] και το Ni³⁺ στο Ni-SOD όπου τα ιόντα Ni βρίσκονται σε σαφώς διαφορετικές θέσεις συντονισμού, π.χ., Ni¹⁺ και Ni³⁺, αντίστοιχα. Και οι δύο αυτές θέσεις Ni αντιπροσωπεύονται σε δι-νικέλιο NB-2Ni.

Το EPR της μειωμένης κατάστασης (Εικ. 3Α) ήταν χαρακτηριστικό μιας διαμόρφωσης ηλεκτρονίων d9 με Ni¹⁺ σε παραμορφωμένη οκταεδρική, τετραγωνική πυραμιδική ή τετράγωνη επίπεδη συντεταγμένη και με το ασύζευκτο ηλεκτρόνιο να βρίσκεται κατά προτίμηση σε ένα τροχιακό dx2-y2 (19, 20) . Και οι δύο θέσεις νικελίου στο NB-2Ni έχουν αυτήν τη συμμετρία συντονισμού στις δομές του μοντέλου μας (εικ. S2). Ωστόσο, μια περιφερική θέση Ni¹⁺ μπορεί να αποκλειστεί επειδή τα αμίδια ραχοκοκαλιάς θα εμφανίζονταν ως ισχυρές υπερλεπτές αλληλεπιδράσεις, οι οποίες δεν παρατηρήθηκαν (εικ. S21, S22 και S25 έως S29). Το μειωμένο Ni¹⁺ καταλαμβάνει πιθανότατα την εγγύς θέση (Εικ. 3C). Παρόμοιες υπογραφές Ni¹⁺ EPR έχουν αναφερθεί για την υδρογονάση [NiFe] (21) και την εγγύς θέση ACS (22), υποστηρίζοντας τη δομική ομολογία του NB-2Ni με αυτά τα δύο ένζυμα. Η ρομβικότητα του παράγοντα g, g = (2,27, 2,08, 2,05), στο ανηγμένο NB-2Ni είναι συγκρίσιμη με g = (2,26 έως 2,3, 2,11 έως 2,12 και 2,05) που ανιχνεύεται στο ανηγμένο με ένα ηλεκτρόνιο “Ni-L” κατάσταση της υδρογονάσης [NiFe], που λαμβάνεται με φωτόλυση σε χαμηλή θερμοκρασία του ενζύμου που έχει ανηγχθεί με Η₂ (21, 23). Ένα από τα υπολείμματα κυστεΐνης στην εγγύς θέση Ni¹⁺ στο Ni-L προβλεπόταν ότι θα πρωτονιωθεί (24). Τα πειράματά μας διαμόρφωσης φακέλου ηχούς σπιν ηλεκτρονίων (ESEEM)/συσχέτισης υπερλεπτού υποεπιπέδου (HYSCORE) επέλυσαν ένα ανταλλάξιμο πρωτόνιο σε απόσταση 2,5 Å από το εγγύς Ni¹⁺ στο NB-2Ni που είναι σύμφωνο με την προβλεπόμενη απόσταση από μια πρωτονιωμένη κυστεΐνη (εικ. S25 , S26, S28 και S29). Επιπροσθέτως, τα φάσματα ESEEM τριών παλμών του ανηγμένου NB-2Ni αναγνώρισαν ένα άτομο αζώτου σε απόσταση 3,1 Å που αποδόθηκε προσωρινά σε ένα κοντινό αμίδιο κορμού με βάση τις παραμέτρους πυρηνικής τετραπολικής σύζευξης (εικ. S27 και S30). Ενώ η παρουσία μικρών προσδεμάτων όπως το CN- ή το διττανθρακικό ήταν κρίσιμης σημασίας για την παγίδευση ανιχνεύσιμων συγκεντρώσεων του NB-2Ni με μειωμένο ένα ηλεκτρόνιο, όλα τα χαρακτηριστικά EPR μετρήθηκαν, συμπεριλαμβανομένων των τιμών του παράγοντα g καθώς και των υπερλεπτών/τετραπολικών συζεύξεων του το ανταλλάξιμο πρωτόνιο και το αμιδικό άζωτο, δεν επηρεάστηκαν παρά τη φύση των συντονιστικών συνδετών (σχήματα S21 έως S29). Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν έντονα ότι οι μικροί συνδέτες δεν εμπλέκονται στον άμεσο συντονισμό της εγγύς θέσης Ni¹⁺, και αντ' αυτού, αλληλεπιδρούν στην απομακρυσμένη (απώτερη) θέση Ni²⁺. Σύμφωνα με αυτό το συμπέρασμα, τα πειράματά μας EPR/ESEEM δεν αποκάλυψαν ανιχνεύσιμες μεταβάσεις από ¹⁴N CN− ή από 13C διττανθρακικό που θα αναμένονταν εάν συντονίζονταν απευθείας με την εγγύς θέση Ni¹⁺ (εικ. S21, S22 και S27).

EPR δομικός χαρακτηρισμός της οξειδωμένης κατάστασης

Αντίθετα, η οξείδωση του NB-2Ni με χλωριούχο ιρίδιο δημιούργησε ένα φάσμα Ni³⁺ EPR χαρακτηριστικό μιας διάταξης ηλεκτρονίων d7 με ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε ένα τροχιακό dz2 (19, 20) και με μια συμμετρία παραγόντων g σύμφωνη με τετράγωνο-επίπεδο ή επίμηκες συντονισμός (Εικ. 3Β). Τόσο το σχήμα όσο και οι τιμές του παράγοντα g του οξειδωμένου σήματος NB-2Ni είναι πολύ παρόμοιες με εκείνες της οξειδωμένης υπεροξειδίου του νικελίου δισμουτάσης (Ni-SOD), όπου το Ni³⁺ βρίσκεται σε τετράγωνο-πυραμιδικό συντονισμό με δύο αμίδια ραχοκοκαλιάς, δύο κυστεΐνες και μια ιστιδίνη στην αξονική θέση (25). Ενώ το NB δεν περιέχει ιστιδίνη, η προσθήκη 10 mM ιμιδαζόλης στο οξειδωμένο NB-2Ni (Εικ. 3Β, κόκκινο ίχνος) ανακεφαλαιώνει την υπερλεπτή διάσπαση ¹⁴Ν που παρατηρείται στο Ni-SOD, που τώρα επιλύεται στο g1:1 = 2.014 κορυφή. Αυτό υποστηρίζει ένα Ni³⁺ στην απομακρυσμένη θέση στην οξειδωμένη κατάσταση (Εικ. 3C).

Με βάση αυτές τις εκχωρήσεις για τις καταστάσεις οξείδωσης του νικελίου, θα περιμέναμε ότι η αφαίρεση των C1 και C12 θα μπορούσε να εξαλείψει την εγγύς θέση ενώ θα διατηρούσε την απομακρυσμένη. Σχεδιάσαμε το NBΔP με C1 και C12 που αντικαταστάθηκαν από σερίνη. Τιτλοδοτήσεις νικελίου του NBΔP κορεσμένο σε σύμπλοκο 1:1, με διακριτό φάσμα CD σε σύγκριση με το NB-2Ni (εικ. S12). Το EPR του οξειδωμένου NBΔP-Ni είναι συγκρίσιμο με το οξειδωμένο NB-2Ni (εικ. S23), επιβεβαιώνοντας την αντιστοίχιση του Ni³⁺ στην απομακρυσμένη θέση. Από την άλλη πλευρά, η παγίδευση μιας μειωμένης κατά ένα ηλεκτρόνιο μορφής NBΔP-Ni με Eu(II)DTPA παρουσία ή απουσία μικρών προσδεμάτων ή σε δευτεριωμένο διαλύτη δεν ήταν επιτυχής. Δεν παρατηρήθηκε καταλυτικό κύμα για το NBΔP-Ni στο CV (εικ. S18), υποδεικνύοντας ότι το περιφερικό Ni από μόνο του είναι ανεπαρκές για την κατάλυση HER. Επιπλέον, δεν παρατηρήθηκε καταλυτικό κύμα για σύμπλοκα ελεύθερης κυστεΐνης με Ni²⁺ (εικ. S19B).

ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Γενικά, η κατάλυση αναγωγής υδρογόνου περιλαμβάνει μια ακολουθία δύο σταδίων αναγωγής 1 ηλεκτρονίου και δύο σταδίων πρωτονίωσης (2H⁺ + 2e⁻ → H₂). Τα βολταμογράμματα NB-2Ni επέλυσαν μόνο ένα κύμα μείωσης (Εικ. 2D), υπονοώντας ότι τα δύο στάδια περιλάμβαναν αντιδράσεις αναγωγής ενός ηλεκτρονίου με επικαλυπτόμενα δυναμικά οξειδοαναγωγής. Αυτό το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει μέσω ενός μηχανισμού CECEC όπου τα δύο διαδοχικά στάδια αναγωγής ενός ηλεκτρονίου (Ε) διαχωρίζονται λειτουργικά από ένα βήμα πρωτονίωσης (C) (7, 26). Ο προτεινόμενος μηχανισμός CECEC είναι συνεπής με πειράματα τιτλοδότησης pH όπου το NB-2Ni, σε κατάσταση ηρεμίας, πρωτονιώνεται σε pH κάτω από 9 (εικ. S32). Ενώ η ακριβής φύση της πρωτονιωμένης κατάστασης NB-2Ni είναι άγνωστη, με βάση το φαινομενικό της pKa = 9,1, προτείνουμε την πρωτονίωση ενός υπολείμματος κυστεΐνης που συντονίζεται άμεσα σε μια κοντινή θέση Ni²⁺ στο NB-2Ni. Αυτή η πρωτονίωση της εγγύς κυστεΐνης σε κατάσταση ηρεμίας NB-2Ni μπορεί να είναι απαραίτητη για την προώθηση της αντίδρασης, καθώς και για τον συντονισμό του δυναμικού μείωσης του εγγύς Ni²⁺ σε λιγότερο αρνητικές τιμές, μειώνοντας αποτελεσματικά τις υπερδυναμικές απαιτήσεις. Η πρωτονίωση των θειολικών ομάδων κοντά σε ένα κέντρο Ni²⁺ είχε συζητηθεί ευρέως ως σημαντικά ενδιάμεσα σε έναν κύκλο αναγωγής υδρογόνου τόσο για σύμπλοκα μικρών μορίων όσο και για συστήματα που προέρχονται από πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένης της κατάστασης Ni-L στην υδρογονάση [NiFe] (7, 17, 23, 27).

Μελέτες για την υποκατεστημένη με Ni ρουμπρεδοξίνη έχουν δείξει ισχυρή εξέλιξη Η₂ με εμφανή TON μεταξύ 32 και 100, ανάλογα με τις συγκεντρώσεις πρωτεΐνης και TOF ~0,5 min⁻¹ (7). Ενώ αυτοί οι αριθμοί είναι παρόμοιοι με εκείνους που λαμβάνονται με το NB-2Ni, με το σύμπλεγμα μας να δείχνει υψηλότερο TON, οι διαφορές στις συνθήκες ανάλυσης περιπλέκουν την πραγματοποίηση άμεσων συγκρίσεων. Αυτά και άλλα παραδείγματα υπογραμμίζουν τη δυνατότητα των ενζύμων νικελίου να έχουν παίξει κεντρικό ρόλο στον αρχαίο μεταβολισμό του υδρογόνου (28).

Οι κινητικές καταλυτικές παράμετροι του NB-2Ni είναι επαρκείς για να λειτουργήσουν ως βύθιση ηλεκτρονίων σε ένα μεταβολικό ημικύτταρο, όπου η εξέλιξη και η διάχυση του αερίου υδρογόνου θα μπορούσε να διατηρήσει μια ανισορροπία οξειδοαναγωγής. Υποθέτοντας συγκέντρωση πεπτιδίου 10 nM, λίγα μόνο μόρια ανά κύτταρο, χαμηλότερη από την αφθονία υδρογονάσης στους σύγχρονους οργανισμούς (29), το NB-2Ni θα μπορούσε να διατηρήσει μια σταθερή συγκέντρωση H₂ >20 nM (βλ. Συμπληρωματικά Υλικά για υπολογισμό). Για σύγκριση, ενεργοί μειωτές σιδήρου σε θαλάσσια ιζήματα έχουν παρατηρηθεί σε ~1 nM [H₂] (30, 31). Ένα πεπτίδιο που μοιάζει με NB θα μπορούσε εύλογα να χρησιμεύσει ως καταβόθρα ηλεκτρονίων σε πρώιμες μεταβολικές οδούς. Σημειωτέο, δεν έχουμε παρατηρήσει οξείδωση υδρογόνου σε αυτό το σύστημα. Για να οδηγηθούν μεταβολισμοί όπως η μεθανογένεση/ακετογένεση, θα έπρεπε να υπάρχουν καταλύτες οξείδωσης Η_`.

Απλά πεπτίδια που δεσμεύουν μέταλλα ικανά για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ήταν σχεδόν σίγουρα ένα ουσιαστικό βήμα στην αρχή της ζωής (24, 32). Επιπλέον, αυτά τα πεπτίδια είναι πιθανώς γενικά, ικανά να καταλύουν πολλές αντιδράσεις (33). Δεδομένης της ομοιότητας με τη θέση Α-συστάδας του ACS, είναι δελεαστικό να υποθέσουμε ότι η NB μπορεί να είναι σε θέση να μειώσει τα είδη άνθρακα. Αναμένουμε ότι η διερεύνηση του καταλυτικού δυναμικού του NB και παρόμοιων μεταλλοπεπτιδίων πέρα από το Η₂ θα μπορούσε να διαλευκάνει την πεπτιδική προέλευση πολλών από τα βασικά αρχαία δίκτυα μεταβολικής αντίδρασης (1, 34, 35).

Η κατασκευή υποψήφιων πεπτιδικών καταλυτών οδήγησε στην απροσδόκητη παρατήρηση ότι εξαιρετικά σύντομες αλληλουχίες αμινοξέων μπορούν να επιδείξουν σημαντική σταθερότητα και δραστικότητα. Παρόμοια με το NB-2Ni, η σχεδιασμένη πρωτεΐνη 12 αμινοξέων, η αμβιδοξίνη, συμπλοκοποιούσε ένα σύμπλεγμα 4Fe-4S με τέσσερις κυστεΐνες και ήταν ικανό για εκατοντάδες αναστρέψιμους κύκλους οξειδοαναγωγής (36). Η αμβιδοξίνη σχεδιάστηκε για να μιμείται την ενεργό θέση των βακτηριακών φερρεδοξινών, φυσικών πρωτεϊνικών φορέων ηλεκτρονίων που ήταν πέντε φορές μεγαλύτεροι. Αυτά τα δύο μεταλλοπεπτίδια υποδεικνύουν μια γενική προσέγγιση για μηχανικούς καταλύτες με δομική ανάλυση μεγάλων ενεργών θέσεων μεταλλοενζύμων. Η χημική σταθερότητα και το λειτουργικό δυναμικό των μικρών πεπτιδίων που συμπλέκονται με μέταλλα μεταπτώσεως τα καθιστούν εύλογους προγόνους στην εξέλιξη των οξειδορεδουκτασών και αμφισβητούν τη μακροχρόνια ιδέα ότι τα πρώιμα ένζυμα μπορεί να ήταν φτωχοί καταλύτες που απαιτούσαν βελτιστοποίηση της δραστηριότητας μέσω εκτεταμένης μοριακής εξέλιξης (33, 37). , 38).

ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ

Στρατηγική σχεδίασης

Η διπυρηνική θέση υδρογονάσης [Ni-Fe] συντονίζεται από τέσσερις κυστεΐνες που διαχωρίζονται από αρκετές εκατοντάδες υπολείμματα στη σειρά. Προς τον στόχο της ανάπτυξης ενός μινιμαλιστικού πεπτιδικού καταλύτη, εξετάσαμε θέσεις συντονισμού μετάλλων σε φυσικές πρωτεΐνες όπου οι συνδέτες ήταν πολύ πιο κοντά μεταξύ τους. Βάσει των προηγούμενων καταλυτών παραγωγής υδρογόνου με βάση το νικέλιο (7), ξεκινήσαμε με το σχεδιασμό μιας μονοπυρηνικής θέσης νικελίου.

Το αρχικό ικρίωμα βασίστηκε στη δομή υψηλής ανάλυσης μιας θέσης δέσμευσης Mn²⁺ στο C άκρο της παρβαλβουμίνης (39). Ένα ιόν μαγγανίου συντονίστηκε οκταεδρικά από τέσσερα καρβοξυλικά πλευρικής αλυσίδας, τρία από τα οποία ήταν στενά σε σειρά, με το μοτίβο DxDxD να υιοθετεί σφιχτές στροφές γύρω από το μέταλλο (εικ. S1A). Σε αυτή την περίπτωση, το μέταλλο ήταν πλήρως συντονισμένο, με πρόσθετο οξυγόνο καρβονυλίου και νερό. Δεδομένου ότι το Ni²⁺ είναι συχνά οκταεδρικό στις πρωτεΐνες (40), εξετάσαμε εάν μια προερχόμενη θέση που αντικαθιστά τα καρβοξυλικά με θειόλες θα δέσμευε κατάλληλα το νικέλιο.

Ξεκινώντας από τη δομή της παρβαλβουμίνης, τα υπολείμματα 90 έως 102, D90, D92, D94 και E102 αντικαταστάθηκαν με κυστεΐνη, ρυθμίζοντας τα περιστροφικά πλευρικής αλυσίδας να συντονίζουν βέλτιστα το ιόν νικελίου. Χρησιμοποιώντας το εργαλείο protEvolver στην πλατφόρμα μοριακής μοντελοποίησης protCAD, επιλέχθηκε η αλληλουχία των υπόλοιπων αμινοξέων χωρίς συνδέτη. Το protCAD είναι μια πλατφόρμα μοριακής μοντελοποίησης που επιτρέπει τη στρεπτική δειγματοληψία της σπονδυλικής στήλης και των βαθμών ελευθερίας της πλευρικής αλυσίδας, καθώς και αντικαταστάσεις ακολουθιών. Η βαθμολόγηση βασίζεται σε ένα πεδίο δύναμης που συνδυάζει τους μη δεσμευτικούς όρους AMBER ff14SB (41), τη βιβλιοθήκη Dunbrack bbdep rotamer (42) και την άρρητη επίλυση (9). Το protEvolver χρησιμοποιεί μια υλοποίηση γενετικού αλγορίθμου για τη γρήγορη δειγματοληψία του χώρου ακολουθιών και μπορεί να κλιμακωθεί ώστε να εκτελείται παράλληλα σε έναν αριθμό κόμβων υπολογισμού. Το protCAD και ο κώδικας protEvolver είναι ανοιχτού κώδικα και είναι διαθέσιμα για λήψη. δείτε Διαθεσιμότητα δεδομένων και υλικών.

Δημιουργήθηκαν αρκετές χιλιάδες δομικά μοντέλα. Οι κορυφαίοι μεταξύ αυτών υποβλήθηκαν σε εκτεταμένες προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής χρησιμοποιώντας AMBER (43). Τα μοντέλα διαλύθηκαν σε ένα στρώμα νερού 8- Å, χρησιμοποιώντας το μοντέλο νερού TIP3P (44) και το πεδίο δύναμης ff14SB (41). Το σύστημα ελαχιστοποιήθηκε στην πιο απότομη κάθοδο, ακολουθούμενη από ελαχιστοποίηση της συζυγούς κλίσης. Οι παράμετροι για το νικέλιο επιλέχθηκαν για να ευνοήσουν τον τετραεδρικό συντονισμό με μήκος δεσμού S-Ni 2,27 Å. Τα περιοδικά όρια τέθηκαν υπό σταθερό όγκο και το σύστημα θερμικοποιήθηκε από 0 έως 300 K χρησιμοποιώντας δυναμική Langevin και συχνότητα σύγκρουσης 3 ps−1. Οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εκτελέστηκαν για 3,0 μs στους 300 K. Οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν με ένα χρονικό βήμα 2-fs. Η δομική δειγματοληψία παρήγαγε μια παραμορφωμένη τετράγωνη-επίπεδη γεωμετρία συντονισμού νικελίου παρά τον καθορισμό τετραεδρικών περιορισμών. Αυτό έδειξε ότι υπήρχαν περιορισμοί στις υποθέσεις μοντελοποίησης και στη χρήση της μοριακής μηχανικής για την εξερεύνηση της μεταλλοπεπτιδικής δομής.

Διπυρηνικά μοντέλα και υπολογισμοί DFT

Η παρατήρηση μιας δεύτερης δέσμευσης νικελίου απαίτησε πρόσθετους συνδέτες μετάλλου πέρα από τις τέσσερις θειόλες κυστεΐνης. Στην υδρογονάση [Ni-Fe], πρόσθετος συντονισμός του σιδήρου παρείχε το κυανίδιο και το μονοξείδιο του άνθρακα, τα οποία δεν ενσωματώθηκαν ρητά ως μέρος της ανασύστασης μετάλλου. Αντίθετα, η θέση δι-νικελίου του ACS [Protein Data Bank (PDB) ID: 1MJG] και μεμονωμένα ιόντα νικελίου σε Ni-SOD (PDB ID: 1T6U) και η βοηθητική πρωτεΐνη υδρογονάσης [Ni-Fe], HypB, από αμίδια ραχοκοκαλιάς , μας οδήγησε να εξετάσουμε τα άζωτα αμιδίου της ραχοκοκαλιάς ως πιθανούς συνδέτες μετάλλων.

Εξετάστηκαν δύο εύλογα μοντέλα, ένα όπου το περιφερικό νικέλιο συντονίζεται από τις κυστεΐνες C1 και C3, το μοντέλο "CNC" (εικ. S2) και ένα όπου το απομακρυσμένο νικέλιο συντονίζεται από τις κυστεΐνες C3 και C5, το μοντέλο "CGC" ( εικ. S2). Τα μοντέλα κατασκευάστηκαν και δειγματολήφθηκαν με μοριακή δυναμική όπως περιγράφεται παραπάνω (διαθέσιμα αρχεία παραμέτρων μετάλλου-συνδέτη, βλέπε Διαθεσιμότητα δεδομένων και υλικών). Ακολουθήσαμε τη βελτιστοποίηση της μοριακής μηχανικής με τη γεωμετρική βελτιστοποίηση DFT και των δύο μοντέλων.

Οι υπολογισμοί βελτιστοποίησης γεωμετρίας μοντέλων CGC και CNC πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το πακέτο κβαντικής χημείας ORCA (45). Οι αρχικοί γύροι υπολογισμών πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του επιπέδου θεωρίας BP86 (46) χρησιμοποιώντας το σύνολο βάσης πόλωσης διαχωρισμένου σθένους def2-SVP της Καρλσρούης που εφαρμόστηκε σε όλα τα άτομα με το σετ βοηθητικής βάσης def2/J για προσαρμογή Coulomb και το def2-TZVP της Καρλσρούης σετ βάσης πόλωσης τριπλού ζήτα που εφαρμόζεται στα άτομα νικελίου (47). Η προσέγγιση split-RI-J χρησιμοποιήθηκε για την προσέγγιση των ολοκληρωμάτων Coulomb (48–50). Μετά τη σύγκλιση του αρχικού γύρου υπολογισμών, πραγματοποιήθηκε ένας δεύτερος γύρος υπολογισμών για την τελική δομή του CGC. Η δεύτερη σειρά βελτιστοποίησης χρησιμοποίησε το τμηματοποιημένο σύνολο ηλεκτρονίων σχετικιστικά συσταλμένο (SARC) Karlsruhe def2-TZVP σθένους πόλωσης τριπλού ζήτα (51) με το πλήρως αποσυμπιεσμένο βοηθητικό βασικό σύνολο def2/J (SARC/J) (52) για όλα τα άτομα εξαιρουμένου του νικελίου, το οποίο αντ 'αυτού χρησιμοποίησε το συσταλμένο σχετικιστικό σύνολο βάσης της Καρλσρούης ZORA-def2-TZVPP τριπλού ζήτα σθένους με δύο σετ συναρτήσεων πόλωσης που εφαρμόζονται στο νικέλιο και τα θεία συντονισμού. Χρησιμοποιήθηκε επίσης η προσέγγιση RIJCOSX (53), η οποία ενσωματώνει την ανάλυση προσέγγισης ταυτότητας (RI) και την προσέγγιση αλυσίδας σφαιρών (COSX) για το σχηματισμό πινάκων Coulomb και κβαντικής μηχανικής ανταλλαγής, αντίστοιχα. Ο χειρισμός των βαθμωτών σχετικιστικών επιδράσεων όλων των ηλεκτρονίων έγινε με τη χρήση της τακτικής προσέγγισης μηδενικής τάξης (ZORA) κλιμακωτή σχετικιστική Hamiltonian (54-56). Επιλέχθηκε ένα μεγάλο και συντηρητικό μέγεθος πλέγματος (DefGrid3 σύμφωνα με τη σύνταξη του ORCAs) μαζί με ένα αυστηρό αυτοσυνεπές όριο σύγκλισης πεδίου. Οι διορθώσεις διασποράς υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τη διόρθωση διασποράς κατά ζεύγος ατόμων του Grimme DFT-D3(BJ) (57) με απόσβεση Becke-Johnson (58–60) και χρησιμοποιήθηκαν τόσο στον αρχικό όσο και στον δεύτερο γύρο υπολογισμών. Οι ενέργειες υδατικής διαλυτοποίησης υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το μοντέλο πολώσιμου συνεχούς τύπου αγωγού (CPCM) (61) που εφαρμόστηκε στο ORCA. Μια κοιλότητα τύπου van der Waals χρησιμοποιήθηκε για τη θεραπεία επιδράσεων ηλεκτροστατικής διαλυτοποίησης εντός του σχήματος φόρτισης Gauss (62). Ο διαλύτης νερού είχε μια διηλεκτρική σταθερά 80,4 ρυθμισμένη εντός της μονάδας CPCM.

Η απομακρυσμένη θέση νικελίου και στα μοντέλα CGC και CNC είναι τετράγωνη-επίπεδη (εικ. S2). Στο CGC, το εγγύς νικέλιο βρίσκεται στον τετραγωνικό-πυραμιδικό συντονισμό με τέσσερις ισημερινούς συνδέτες που περιλαμβάνουν τρία θεία (C1, C5 και C12), ένα οξυγόνο κορμού (R11) και έναν αξονικό συνδέτη θείου (C3). Η γεωμετρία συντονισμού του εγγύς νικελίου στο CNC είναι παραμορφωμένη τετράγωνη-επίπεδη, η οποία συντονιζόταν από τρία θεία (C3, C5 και C12) και ένα άζωτο (C12). Αυτό δεν συνάδει με τις μετρήσεις EPR, με αποτέλεσμα να εξαλείψουμε το μοντέλο CNC. Αντίθετα, η γεωμετρία συντονισμού του εγγύς νικελίου στο CGC ήταν σε συμφωνία με τις μετρήσεις EPR. Αν και το μοντέλο CGC είναι πιο συνεπές με το EPR, σημειώνουμε ότι δύο πρωτόνια α είναι κοντά στο εγγύς νικέλιο αλλά δεν παρατηρήθηκαν από το EPR, υποδεικνύοντας ότι η περαιτέρω ανάπτυξη του μοντέλου είναι ακόμα απαραίτητη. Τα μοντέλα CGC και CNC του NB-2Ni είναι διαθέσιμα στο ModelArchive (10) με τους αριθμούς πρόσβασης ma-6lwmo, ma-3g061 και ma-iyjyy.

Σύνθεση πεπτιδίων

Για την αρχική διαλογή πεπτιδίων, μικρές ποσότητες πεπτιδίων συντέθηκαν χρησιμοποιώντας συσκευή σύνθεσης πεπτιδίων υποβοηθούμενη από μικροκύματα (Liberty Blue, CEM Corporations) όπως περιγράφηκε προηγουμένως (36). Εν συντομία, η σύνθεση διεξήχθη χρησιμοποιώντας τυπικές μεθόδους στερεάς φάσης με διϊσοπροπυλκαρβοδιιμίδιο (DIC) και αιθυλ (υδροξυιμινο) κυανοοξικό άλας (Oxyma) σε Ν,Ν'-διμεθυλοφορμαμίδιο και επακόλουθο καθαρισμό με καθίζηση αιθέρα και αντίστροφη φάση υψηλής πίεσης υγρή χρωματογραφία χρησιμοποιώντας στήλη C18 και βαθμίδωση Η₂Ο/ακετονιτριλίου με 0,1% τριφθοροξικό οξύ και στα δύο διαλύματα. Η ταυτότητα και η καθαρότητα των πεπτιδίων επιβεβαιώθηκαν χρησιμοποιώντας ανάλυση φασματομετρίας μάζας εκρόφησης/ιονισμού λέιζερ υποβοηθούμενη από μήτρα. Το λυοφιλοποιημένο πεπτίδιο αποθηκεύτηκε στους -20°C μέχρι να χρησιμοποιηθεί.

Για λεπτομερή χαρακτηρισμό, το πεπτίδιο ΝΒ αγοράστηκε από την Genscript Biotech (Piscataway, NJ) ως λυοφιλοποιημένη σκόνη, η οποία αποθηκεύτηκε κατεψυγμένη σε κλάσματα μέχρι να χρησιμοποιηθεί. Τα πεπτίδια σε αυτή τη μελέτη ήταν ως εξής: NB, CNCGCGNNNDRCG; NB-Trp, CNCGCGNWNDRCG (N8W); NBΔP, SNCGCGNNNDRSG (αφαίρεση της εγγύς θέσης, C1S/C12S).

Ανασύσταση νικελίου και τιτλοδοτήσεις

Λυοφιλοποιημένα πεπτίδια apo-NB διαλύθηκαν σε ρυθμιστικό διάλυμα που περιείχε 25 mM Hepes, 100 mM NaCl και 3,75 mM πρόσφατα παρασκευασμένο TCEP (υδροχλωρική τρις-2-καρβοξυαιθυλ-φωσφίνη), με ρΗ ρυθμισμένο σε 7,5 έως 9,2, για να δώσει μια τελική συγκέντρωση πεπτιδίου. από 0,75 έως 1,0 mM. Το διάλυμα apo-NB αποοξυγονώθηκε με καθαρισμό με 100% αέριο άζωτο για τουλάχιστον 20 λεπτά μέσα σε ένα αεροστεγές γυάλινο φιαλίδιο. Η ανασύσταση του νικελίου έγινε σε αεροστεγή οπτική κυψελίδα χαλαζία 1 cm σφραγισμένη με βιδωτό πώμα διαφράγματος. Η κυψελίδα τοποθετήθηκε μέσα στο διαμέρισμα δείγματος ενός φασματόμετρου CD (AVIV 420) με τον θερμοστάτη του φασματόμετρου ρυθμισμένο στους 50°C. Η πρόοδος στην ανασύσταση του νικελίου σε πεπτίδια NB παρακολουθήθηκε απευθείας μέσω των μετρήσεων CD. Προστέθηκαν ποικίλες ποσότητες Ni²⁺ από μητρικό διάλυμα NiCl₂ χωρίς οξυγόνο χρησιμοποιώντας καθαρισμένη σύριγγα Hamilton.

Για την κανονική ανασύσταση του νικελίου, η συγκέντρωση NiCl₂ που αντιστοιχεί σε 2 μοριακά ισοδύναμα πεπτιδίων NB προστέθηκε σε μία δόση, αναμίχθηκε με αναστροφή της κυψελίδας πολλές φορές και επωάστηκε στους 50°C για τουλάχιστον 2 ώρες ή όλη τη νύχτα. Η ανασύσταση σε θερμοκρασία δωματίου ήταν επίσης επιτυχής, αλλά χρειάστηκε σημαντικά μεγαλύτερους χρόνους έως και 48 ώρες. Η πρόοδος στην ανασύσταση Ni σε πεπτίδια παρακολουθήθηκε με περιοδική μέτρηση των φασμάτων CD μεταξύ 300 και 600 nm και η ανασύσταση θεωρήθηκε ότι είχε ολοκληρωθεί όταν τα φάσματα CD σταμάτησαν να αλλάζουν πλέον με περαιτέρω επώαση.

Για το πείραμα τιτλοδότησης νικελίου, μικρά (υποστοιχειομετρικά) κλάσματα NiCl₂ προστέθηκαν στα πεπτιδικά διαλύματα και η ολοκλήρωση κάθε σταδίου ανασύστασης παρακολουθήθηκε με φασματομετρία CD πριν από την προσθήκη περισσότερου NiCl₂. Η τιτλοδότηση θεωρήθηκε πλήρης όταν η περαιτέρω προσθήκη NiCl₂ δεν οδήγησε σε αλλαγές στα φάσματα CD. Εκτός από τα πειράματα CD, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις CV στο ίδιο διάλυμα ανασύστασης σε επιλεγμένα στάδια συγκέντρωσης νικελίου όπως περιγράφεται παρακάτω.

Τιτλοδοτήσεις pH

Για να διερευνηθεί η επίδραση του pH στο συντονισμό του νικελίου στο NB-2Ni και στο ηλεκτροχημικό δυναμικό, το ρυθμιστικό διάλυμα του δείγματος τροποποιήθηκε ώστε να περιέχει 10 mM Ν-κυκλοεξυλ-2-αμινοαιθανοσουλφονικό οξύ (CHES), 10 mM φωσφορικό κάλιο, 10 mM MES και 10 mM Hepes, με 100 mM NaCl και 3,75 mM TCEP. Το pH σε κάθε βήμα ρυθμίστηκε χρησιμοποιώντας NaOH/HCl, με το διάλυμα να καθαρίζεται με άζωτο μετά από κάθε ρύθμιση. Η φασματοσκοπία CD χρησιμοποιήθηκε για την παρακολούθηση αλλαγών που εξαρτώνται από το pH στον συντονισμό NB-2Ni και η κυκλική βολταμετρία χρησιμοποιήθηκε για τις οξειδοαναγωγικές τιτλοδοτήσεις.

Μετατροπή τάσης δυναμόδωσης σε απορρόφηση

Η τάση της δύναμης στο φασματόμετρο CD μπορεί να μετατραπεί στην απορρόφηση χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση: Abs = 7,344 × log10 (DV1/DV0), με 7,344 ως κέρδος δύναμης (συγκεκριμένο για το φασματόμετρο CD μας), DV1 ως τάση δυναμόδωσης που μετράται ως μια συνάρτηση μήκους κύματος για το επιθυμητό δείγμα και DV0 ως τάση δυναμόδωσης που μετράται χρησιμοποιώντας τις ίδιες ρυθμίσεις για το τυφλό δείγμα (γραμμής βάσης).

Έλεγχοι l-κυστεΐνης

Για να διερευνηθεί η συμπεριφορά του μη ειδικού συντονισμού νικελίου, η l-κυστεΐνη ανασυστάθηκε παράλληλα με το πεπτίδιο NB χρησιμοποιώντας ισοδύναμες συνθήκες: 50 mM Hepes (ρΗ 7,5), 100 mM NaCl και 5 mM TCEP. NB (750 μΜ, που περιέχει τέσσερις κυστεΐνες στην αλληλουχία) ή 3 mM l-κυστεΐνη διαλύθηκε στο ρυθμιστικό διάλυμα και αποοξυγονώθηκε με καθαρισμό με αέριο άζωτο 100% για τουλάχιστον 20 λεπτά μέσα σε ένα αεροστεγές γυάλινο φιαλίδιο. NiCl₂ (1,5 mM) προστέθηκε σε καθένα από τα δείγματα για να διευκολυνθεί μια ισοδύναμη αναλογία τεσσάρων κυστεϊνών προς δύο Ni²⁺ και στα δύο. Οι ανασυνθέσεις επωάστηκαν σε θερμοκρασία δωματίου για 2 ημέρες (48 ώρες) και παρακολουθήθηκαν με CD. Οι ηλεκτροχημικές τους ιδιότητες διερευνήθηκαν χρησιμοποιώντας κυκλική βολταμετρία.

Δυναμική σκέδαση φωτός

Πειράματα DLS πραγματοποιήθηκαν σε Zetasizer (v7.13, Malvern Panalytical Ltd.) σε αεροστεγείς κυψελίδες χαλαζία με καθαρισμό αζώτου χρησιμοποιώντας τα τυπικά πρωτόκολλα λειτουργίας του κατασκευαστή για τον προσδιορισμό μεγέθους της τυπικής πρωτεΐνης. Ρυθμιστικό διάλυμα, Ι-κυστεΐνη συν NiCl₂ (4Cys-2Ni) και NB-2Ni μετρήθηκαν και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας λογισμικό Zetasizer v7.13.

Προετοιμασία δείγματος EPR

Όλες οι παρασκευές δειγμάτων πραγματοποιήθηκαν σε έναν αναερόβιο θάλαμο (CoyLabs βινυλικός θάλαμος), που περιείχε ένα μίγμα αερίου αζώτου (95%)/υδρογόνου (5%). Για να ληφθούν μειωμένα σύμπλοκα NB-2Ni, 100 μl των ανασυσταθέντων πεπτιδίων 2Ni σε συγκέντρωση 750 μΜ προεπωάστηκαν με 5 έως 50 mM διττανθρακικό νάτριο ή 5 mM K₄Fe(CN)₆ για 20 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου και στη συνέχεια αναμίχθηκαν με ίσου όγκου ρυθμιστικού διαλύματος που περιέχει 100 mM CHES (pH 9,8) ή Hepes (pH 7,5) και 50% (v/v) γλυκερόλη, πριν από τη διαδοχική προσθήκη 1,5 mM Eu(II)Cl2 (2 μοριακά ισοδύναμα σε σχέση με το NB-2Ni ) και 1,5 mM DTPA (18). Τα ανηγμένα πεπτίδια NB-2Ni σε δευτεριωμένα ρυθμιστικά διαλύματα D2O παρασκευάστηκαν παρομοίως, με την εξαίρεση ότι δεν προστέθηκαν διττανθρακικά ή κυανιούχα προσδέματα, και χρησιμοποιώντας μια μερικώς δευτεριωμένη d3-γλυκερόλη. Οξειδωμένα πεπτίδια NB-2Ni παρασκευάστηκαν ακολουθώντας παρόμοια διαδικασία με εξαίρεση την προσθήκη ενός οξειδωτικού Na₂IrCl₆·6H₂O 10 έως 50 mM κατά τη διάρκεια του τελευταίου σταδίου.

Η τελική συγκέντρωση των πεπτιδίων NB-2Ni σε όλα τα δείγματα EPR ήταν 375 μΜ. Μετά την ανάμειξη, τα δείγματα μεταφέρθηκαν αμέσως σε σωλήνες OD χαλαζία EPR 4 mm και στη συνέχεια σφραγίστηκαν με ελαστικά καπάκια προτού ληφθούν από τον αναερόβιο θάλαμο και καταψύχονται αμέσως σε υγρό άζωτο (περίπου 30 δευτερόλεπτα μεταξύ ανάμιξης και κατάψυξης). Τα κατεψυγμένα δείγματα σφραγίστηκαν με φλόγα και αποθηκεύτηκαν σε υγρό άζωτο μέχρι τα πειράματα.

Φασματοσκοπία EPR

Όλα τα πειράματα EPR πραγματοποιήθηκαν με φασματόμετρο Bruker EPR (Elexsys580e) που λειτουργεί σε συχνότητα μικροκυμάτων ζώνης Χ. Οι κρυοστάτες ροής ηλίου (Oxford ESR900 και CF935) εξοπλισμένοι με ελεγκτή θερμοκρασίας Oxford (ITC503) χρησιμοποιήθηκαν για κρυογονικές θερμοκρασίες.

Πειράματα EPR συνεχούς κύματος έγιναν σε θερμοκρασία 20 K για τα ανηγμένα κέντρα NB-Ni¹⁺ και στους 30 K για τα οξειδωμένα κέντρα NB-Ni³⁺. Χρησιμοποιήθηκαν οι ακόλουθες πειραματικές ρυθμίσεις: συχνότητα μικροκυμάτων, 9,496 GHz; ισχύς μικροκυμάτων, 200 μW (μειωμένο NB-Ni¹⁺) και 2 mW (οξειδωμένο NB-Ni³⁺). πλάτος διαμόρφωσης, 1 έως 2 mT. Οι αποδόσεις συγκέντρωσης των ανηγμένων κέντρων NB-Ni¹⁺ ή οξειδωμένων NB-Ni³⁺ σε κάθε δείγμα προσδιορίστηκαν συγκρίνοντας τις ενσωματωμένες εντάσεις των μετρούμενων σημάτων Ni^1+/3+ έναντι του προτύπου EPR με γνωστό αριθμό περιστροφών (κρύσταλλος CuSO₄·5H₂O γνωστού βάρος σε ορυκτέλαιο).

Πειράματα παλμικού EPR, συμπεριλαμβανομένων δύο παλμών ESEEM (π/2-τ-π-τ-ηχώ), τριών παλμών ESEEM (π/2-τ-π/2-T-π/2-τ-ηχούς), τέσσερα -παλμικό HYSCORE (π/2-τ-π/2-t1-π-t2-π/2-τ-ηχώ) και πυρηνικός διπλός συντονισμός ηλεκτρονίων Davies (βλ. παρακάτω) (63–66), πραγματοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό της περιβάλλον πυρηνικής σπιν ανηγμένων/οξειδωμένων κέντρων Ni^1+/3+. Ο κύκλος φάσης χρησιμοποιήθηκε όπως απαιτείται σε κάθε παλμικό πείραμα για την εξάλειψη των συνεισφορών από ανεπιθύμητες ηχώ (63).

Πριν από τον μετασχηματισμό Fourier (FT), τα πεδία χρόνου ESEEM/HYSCORE διορθώθηκαν στη γραμμή βάσης προσαρμόζοντας τις ταλαντευόμενες διασπάσεις με εκτεταμένες συναρτήσεις εκθετικής διάσπασης, στη συνέχεια διαιρώντας την πειραματική διάσπαση με τη συνάρτηση προσαρμογής και, τέλος, αφαιρώντας μια μονάδα. Αυτή η διαδικασία διόρθωσης βασικής γραμμής οδήγησε σε φασματικές εντάσεις FT ESEEM που κανονικοποιήθηκαν αυτόματα σε ένα πλάτος σήματος ηχούς μονάδας. Αυτή η διαδικασία κανονικοποίησης μας επέτρεψε να συγκρίνουμε απευθείας τα φασματικά πλάτη στα φάσματα ESEEM που μετρήθηκαν για διαφορετικά δείγματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις Ni^1+/3+, κ.λπ. (64).

Μετά το FT, εφαρμόστηκε γραμμική διόρθωση φάσης στα φάσματα FT για να διορθωθούν οι νεκροί χρόνοι που λείπουν. Στην περίπτωση του ESEEM δύο παλμών, ο νεκρός χρόνος (t₀) προσδιορίστηκε από μια αρχική καθυστέρηση τ μεταξύ των παλμών π/2 και π στο πείραμα. Στην περίπτωση του ESEEM τριών παλμών, ο χρόνος διόρθωσης υπολογίστηκε ως (τ + t₀), όπου τ είναι η σταθερή καθυστέρηση μεταξύ του πρώτου π/2 και του δεύτερου π/2 παλμών στην ακολουθία τριών παλμών και t₀ είναι η αρχική καθυστέρηση μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου παλμού. Στην περίπτωση του HYSCORE, η γραμμική διόρθωση φάσης εφαρμόστηκε και στις δύο κατευθύνσεις με τον χρόνο διόρθωσης να υπολογίζεται ως (τ/2 + t₀) (67), όπου t₀ είναι η αρχική καθυστέρηση μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου παλμού ή του τρίτου και του τέταρτου παλμού . Όλα τα φάσματα ESEEM/HYSCORE που παρουσιάζονται σε αυτήν την εργασία παρουσιάζονται ως κανονικοποιημένοι και διορθωμένοι κατά φάση συνημιτονικοί μετασχηματισμοί Fourier.

Άλλες πειραματικές ρυθμίσεις παλμικού EPR ήταν οι εξής: συχνότητα μικροκυμάτων, 9,776 GHz; μαγνητικά πεδία, 309 mT (ο προσανατολισμός πεδίου g_||) και 336 mT (ο προσανατολισμός πεδίου g⊥) για μειωμένα κέντρα NB-Ni¹⁺ και 345 mT (g_||) και 309 έως 318 mT (g⊥) για οξειδωμένο NB- Ni³⁺ κέντρα; παλμοί μικροκυμάτων π/2 και π, 16 και 32 ns, αντίστοιχα. αρχική καθυστέρηση τ, 104 ns (ESEEM δύο παλμών) και 40 ns (τριών παλμών ESEEM/HYSCORE). παράθυρο ενσωμάτωσης, 16 ns (ESEEM/HYSCORE) και 60 ns (EPR με ανίχνευση ηχούς με σάρωση πεδίου). χρόνους επανάληψης βολής, 1 έως 2 ms. και θερμοκρασία, 20 έως 30 K. Όλες οι προσομοιώσεις EPR/ESEEM πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη EasySpin για το MATLAB (www.easyspin.org/) (68).

Ηλεκτροχημεία

Όλα τα ηλεκτροχημικά πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε αναερόβια ατμόσφαιρα με συνεχή καθαρισμό του αερίου αζώτου μέσω του διαλύματος και του άνω χώρου του ηλεκτροχημικού στοιχείου. Τα πειράματα CV ρυθμίστηκαν χρησιμοποιώντας έναν ποτενσιοστάτη Bio-Logic (EC50) και μια διάταξη τριών ηλεκτροδίων με ένα ηλεκτρόδιο Ag/AgCl (BASi) ως αναφορά και ένα σύρμα πλατίνας ως αντίθετο ηλεκτρόδιο. Ως ηλεκτρόδιο εργασίας χρησιμοποιήθηκε ένα γυάλινο ηλεκτρόδιο άνθρακα (3 mm, MF-2012, BASi) και γυαλίστηκε με πολτό αλουμίνας (1 μΜ) πριν από κάθε μέτρηση. Για κάθε πείραμα, 5 ml πεπτιδίου NB-Ni σε διάφορες συγκεντρώσεις γεμίστηκαν σε ένα κύτταρο Echem τριών θυρών και συνδέθηκαν με τα ηλεκτρόδια ενώ καθαρίζονταν το διάλυμα με Ν2. Κατά τη διάρκεια της σάρωσης βιογραφικού, η βελόνα καθαρισμού αποσύρθηκε από το διάλυμα ενώ εξακολουθούσε να καθαρίζεται ο χώρος κεφαλής. Τα δεδομένα ελήφθησαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό EC-lab (V10.44) και στη συνέχεια διορθώθηκαν και αναλύθηκαν με βάση το MATLAB. Όλα τα δυναμικά που αναφέρονται σε αυτή την εργασία αναφέρθηκαν σε ένα SHE και υπολογίστηκαν ως E(SHE) = E(Ag/AgCl) + 205 mV.

Φωτοχημικά πειράματα

Η φωτοκαταλυτική δραστηριότητα των πεπτιδίων NB που έχουν ανασυσταθεί με Ni προς την εξέλιξη του Η2 εξετάστηκε παρουσία χρωστικής EosinY (−910 mV έναντι SHE) ως φωτοευαισθητοποιητή και TEOA ως θυσιαζόμενου δότη ηλεκτρονίων (15). Τα δείγματα [10 μM NB, 500 μM EosinY και 200-500 mM TEOA σε ρυθμιστικό διάλυμα Hepes (pH 8,0), με 100 mM NaCl] τυπικού όγκου 1 ml τοποθετήθηκαν σε αεροστεγή γυάλινα φιαλίδια των 13,5 ml σφραγισμένα με ένα 10 - Λαστιχένιο πώμα πάχους mm. Πριν από το φωτισμό, τα δείγματα καθαρίστηκαν με αέριο άζωτο για τουλάχιστον 20 λεπτά για να αφαιρεθούν τυχόν ίχνη οξυγόνου.

Τα δείγματα τοποθετήθηκαν στο κουτί επενδεδυμένο με φύλλο αλουμινίου από μέσα και φωτίστηκαν με πράσινο φως (540 nm) από δύο λαμπτήρες διόδου εκπομπής φωτός 5 W που είναι εγκατεστημένοι στην πηγή φωτός του μικροσκοπίου (εικ. S3). Η ένταση του προσπίπτοντος φωτός στα δείγματα ~0,2 mW/cm2 μετρήθηκε χρησιμοποιώντας μετρητή ισχύος φωτοδιόδου Ophir (Nova II με PD300-3W-V1). Κατά τη διάρκεια της φωτοχημικής αντίδρασης, η ποσότητα του αερίου Η2 που παρήχθη στον άνω χώρο των φιαλιδίων ανιχνεύτηκε περιοδικά χρησιμοποιώντας αέριο χρωματογράφο (SRI Instruments, Model 310) εξοπλισμένο με ανιχνευτή θερμικής αγωγιμότητας και χρησιμοποιώντας άζωτο ως φέρον αέριο.

 

Χρηματοδότηση: Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Grant του Ινστιτούτου Αστροβιολογίας της NASA «ENIGMA—Evolution of Nanomachines in Geospheres and Microbial Ancestors» (80NSSC18M0093) και το Ίδρυμα Gordon and Betty Moore με θέμα «Σχεδιασμός και Κατασκευή των Τρανζίστορ της Ζωής» (GBMF-4). (προς Β.Ν. και Π.Γ.Φ.). Το S.P. υποστηρίχτηκε από το Μεταδιδακτορικό Πρόγραμμα της NASA στο Αστροβιολογικό Ινστιτούτο, το οποίο διαχειρίζεται η Ένωση Διαστημικών Ερευνών των Πανεπιστημίων βάσει σύμβασης με τη NASA.

 

Ζαχάροβα: «Μη δοκιμάζετε την υπομονή μας με τα πυρηνικά»

 

Νέες προειδοποιήσεις απηύθυνε προς τη Δύση η εκπρόσωπος του ρωσικού υπουργείου Εξωτερικών Μαρία Ζαχάροβα, η οποία τόνισε ότι η Ρωσία δεν προτίθεται να ακολουθήσει το μονοπάτι της πυρηνικής κλιμάκωσης, ωστόσο πρόσθεσε πως οι άλλοι δεν πρέπει να δοκιμάζουν την υπομονή της.

Οι δηλώσεις της γίνονται μετά από μια πλειάδα προειδοποιήσεων στις οποίες έχουν προβεί υψηλόβαθμοι Ρώσοι αξιωματούχοι, συμπεριλαμβανομένου και του προέδρου Βλαντίμιρ Πούτιν, ότι η στρατιωτική υποστήριξη της Δύσης προς την Ουκρανία αυξάνει τους κινδύνους μιας καταστροφικής πυρηνικής σύγκρουσης.

«Θα κάνουμε οτιδήποτε για να αποτρέψουμε μια εξέλιξη των γεγονότων σύμφωνα με το χειρότερο σενάριο, αλλά όχι με κόστος να παραβιάσουμε τα ζωτικά μας συμφέροντα», δήλωσε η Ζαχάροβα στην καθιερωμένη ενημέρωση της.

«Δεν θα συμβούλευα τον καθένα να αμφισβητήσει την αποφασιστικότητα μας και να επιχειρήσει να την δοκιμάσει στην πράξη», πρόσθεσε η ίδια.

Η Ρωσία έχει ασκήσει έντονη κριτική στην Δύση για την προμήθεια οπλισμού στην Ουκρανία και την επέκταση της στρατιωτικής συμμαχίας του ΝΑΤΟ πιο κοντά στα σύνορα της. Η Φιλανδία η οποία έχει μεγάλου μήκους σύνορα με την Ρωσία, έγινε αυτόν τον μήνα το 31ο μέλος του ΝΑΤΟ, ενώ η Ουκρανία επιθυμεί επίσης να γίνει μέλος του, αν και ορισμένες χώρες αντιτίθενται σ’ αυτή την προοπτική.

«Αυτές ( οι Ηνωμένες Πολιτείες) συνεχίζουν σκόπιμα να παραβιάζουν τα θεμελιώδη συμφέροντα μας, σκόπιμα δημιουργούν κινδύνους και αυξάνουν τις πιθανότητες μιας σύγκρουσης με την Ρωσία..», δήλωσε η Ζαχάροβα.

Ο πρώην πρόεδρος της Ρωσία Νμτίτρι Μενβέντεφ, στενός σύμμαχος του Πούτιν, δήλωσε νωρίτερα αυτή την εβδομάδα ότι ο κόσμος «πολύ πιθανά να βρίσκεται στο κατώφλι ενός νέου παγκόσμιου πολέμου».

 

Οι ΗΠΑ απειλούνται από μια απολύτως προβλέψιμη κρίση

 

Κάποια στιγμή μεταξύ Ιουνίου και Ιουλίου οι Ηνωμένες Πολιτείες θα ξεμείνουν από μετρητά. Αυτή θα είναι η πρώτη μεγάλη δοκιμασία του προέδρου Τζο Μπάιντεν αφ’ ης στιγμής ανακοίνωσε την υποψηφιότητά του για μια δεύτερη θητεία στον Λευκό Οίκο.

Εάν οι Δημοκρατικοί και οι Ρεπουμπλικανοί δεν συμφωνήσουν να άρουν το όριο δανεισμού της κυβέρνησης, η χώρα μπορεί να υποστεί μια άνευ προηγουμένου καταστρεπτική χρεοκοπία.

Η ιστορία δείχνει ότι οι νομοθέτες θα καταλήξουν σε συμφωνία την τελευταία στιγμή, αλλά ακόμη και μια τέτοια εξέλιξη θα μπορούσε να αναταράξει τις ούτως ή άλλως ευάλωτες αγορές. Μετά τις πτωχεύσεις τραπεζών και την εντεινόμενη αστάθεια, το τελευταίο πράγμα που χρειάζονται ο Αμερικανός πρόεδρος και το χρηματοπιστωτικό σύστημα των ΗΠΑ είναι μια προβλέψιμη κρίση.

Οι επενδυτές ανησυχούν για «μαύρους κύκνους», ή απροσδόκητα, σπάνια και καταστροφικά γεγονότα, σύμφωνα με τον ορισμό του συγγραφέα Νασίμ Νίκολας Ταλέμπ. Η αντιπαράθεση για το ανώτατο όριο του χρέους, όμως, είναι ένας «λευκός κύκνος», ή ένα εντελώς προβλέψιμο, πολύ συχνό γεγονός που έχει τη δυνατότητα να είναι τόσο επιζήμιο όσο το πιο σκοτεινό αδελφάκι του.

Το Κογκρέσο κατέβαλε μεγάλη προσπάθεια για το ανώτατο όριο του χρέους, το οποίο περιορίζει το ποσό που μπορεί να δανειστεί το υπουργείο Οικονομικών για να εξοφλήσει τους λογαριασμούς του – αυτό συνέβη σχεδόν 80 φορές από το 1960. Το τελευταίο όριο είναι τα 31,4 τρισ. δολ. Η Moody’s Analytics εκτιμά ότι η καταληκτική ημερομηνία, το λεγόμενο «X-date», θα μπορούσε να φτάσει στα τέλη Ιουλίου. Τα ασθενέστερα από τα αναμενόμενα φορολογικά έσοδα, ωστόσο, αυξάνουν τις πιθανότητες να μείνει χωρίς μετρητά η κυβέρνηση στις αρχές Ιουνίου.

Το να παρέλθει αυτή η ημερομηνία άνευ συμφωνίας στο Κογκρέσο θα σήμαινε χρεοκοπία. Το υπ. Οικονομικών θα αδυνατούσε να εκδώσει ομόλογα για να χρηματοδοτήσει τις ανάγκες του κράτους. Κι αυτό με τη σειρά του θα υποχρεωνόταν να μειώσει δραματικά τις δαπάνες για να διαγράψει το δημοσιονομικό έλλειμμα των 350 δισ. δολαρίων.

Αυτές οι περικοπές θα συρρικνώσουν, σε μόλις ένα χρόνο, την οικονομία κατά 4% και θα εξαλείψουν περίπου 7 εκατομμύρια θέσεις εργασίας, αυξάνοντας την ανεργία στο 8% από το σημερινό 3,5%, σύμφωνα με τη Moody’s.

Το χρηματιστήριο θα απωλέσει πιθανώς το ένα πέμπτο της αξίας του, εξανεμίζοντας 10 τρισ. δολάρια από την περιουσία των νοικοκυριών. Επιπλέον, η Fed πιθανότατα δεν θα είναι σε θέση να δεχθεί κρατικά ομόλογα των ΗΠΑ ως εγγύηση, καθιστώντας σχεδόν αδύνατο το να παράσχει ρευστότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, σε όλες τις προηγούμενες διαμάχες για τον κρατικό δανεισμό, το Κογκρέσο κατέληξε να αυξήσει ή να αναστείλει το ανώτατο όριο του χρέους.

 

Πλοίο γερμανικής ΜΚΟ διέσωσε 41 μετανάστες στη Μεσόγειο – Πλέει προς Λαμπεντούζα

 

Μικρό πλοίο γερμανικής φιλανθρωπικής οργάνωσης διέσωσε 41 μετανάστες που επέβαιναν σε «παραφορτωμένη» μεταλλική βάρκα στη Μεσόγειο χθες Τετάρτη, έκανε γνωστό το πλήρωμά του.

Το πλήρωμα του Nadir, που ανήκει στη RESQSHIP, γερμανική ΜΚΟ με έδρα το Αμβούργο, εξήγησε πως εντόπισε ασταθές, ακυβέρνητο πλεούμενο με μετανάστες στη ζώνη έρευνας και διάσωσης της Μάλτας.

Κατά τη διάρκεια της επιχείρησης διάσωσης, που «διήρκεσε μια ώρα», το πλήρωμα «μπόρεσε να επιβιβάσει και τους 41» ανθρώπους που βρίσκονταν στην ασταθή βάρκα, σημείωσε η ΜΚΟ, προσθέτοντας μέσω Twitter πως ανάμεσά τους είναι έγκυος, παιδί 4 ετών και έφηβοι.

Οι ιταλικές αρχές ειδοποίησαν το πλήρωμα του Nadir πως μπορεί να μεταφέρει τους διασωθέντες στη Λαμπεντούζα, μικρό νησί ανάμεσα στη Σικελία και τη βόρεια Αφρική.

Το μεταλλικό πλεούμενο έμεινε ακυβέρνητο λόγω βλάβης στη μηχανή.

Το Nadir είναι μικρό ιστιοπλοϊκό –μήκους 18 μέτρων– με δυο ιστία και μηχανή, δεν μπορεί να μεταφέρει μεγάλο αριθμό ανθρώπων. Όταν συμμετέχει σε αποστολές έρευνας και διάσωσης, το πλήρωμα συνήθως προσφέρει τις πρώτες βοήθειες, περιμένει μεγαλύτερα για να παραλάβουν τους πρόσφυγες και τους μετανάστες.

Το υπουργείο Εσωτερικών της Ιταλίας καταμετρά πάνω από 36.600 αφίξεις μεταναστών διά θαλάσσης ως τώρα φέτος, έναντι περίπου 9.000 την αντίστοιχη περίοδο του 2022.

Νωρίτερα χθες, το ιταλικό πρακτορείο ειδήσεων ANSA μετέδωσε ότι κέντρο υποδοχής στη Λαμπεντούζα με ονομαστική χωρητικότητα 400 ανθρώπων φιλοξενεί 2.600 μετανάστες και αρκετά πλεούμενα έφθασαν στις ακτές του μικρού νησιού τις τελευταίες ημέρες.

 

Iστορικών διαστάσεων ξηρασία πλήττει το Κέρας - Η Αφρική στη δίνη της κλιματικής αλλαγής

 

Η ιστορικών διαστάσεων ξηρασία που πλήττει το Κέρας της Αφρικής, με αποτέλεσμα περίπου 4,3 εκατομμύρια άνθρωποι να έχουν άμεση ανάγκη ανθρωπιστικής βοήθειας και 43.000 να εκτιμάται ότι πέθαναν πέρυσι στη Σομαλία, δεν θα είχε συμβεί χωρίς την κλιματική αλλαγή, σύμφωνα με επιστημονική έρευνα που δημοσιεύθηκε σήμερα.

«Η κλιματική αλλαγή που οφείλεται στις ανθρώπινες δραστηριότητες κατέστησε περίπου 100 φορές πιο πιθανή την ξηρασία στο Κέρας της Αφρικής», ανέφερε το World Weather Attribution (WWA), ένα παγκόσμιο δίκτυο επιστημόνων που ερευνά τη σχέση μεταξύ ακραίων κλιματικών φαινομένων και της κλιματικής απορρύθμισης.

Από το τέλος του 2020 οι χώρες στο Κέρας της Αφρικής – Αιθιοπία, Ερυθραία, Σομαλία, Τζιμπουτί, Κένυα και Σουδάν—είναι αντιμέτωπες με τη χειρότερη ξηρασία εδώ και 40 χρόνια.

Έπειτα από πέντε εποχές των βροχών χωρίς σημαντικές βροχοπτώσεις καταστράφηκαν σοδειές και πέθαναν εκατομμύρια ζώα εκτροφής. Σύμφωνα με τον ΟΗΕ, 22 εκατομμύρια άνθρωποι απειλούνται με πείνα στην Αιθιοπία, την Κένυα και τη Σομαλία.

Όπως επεσήμαναν οι 19 επιστήμονες που συνέταξαν την έρευνα, η κλιματική αλλαγή είχε «μικρές επιπτώσεις στις ετήσιες βροχοπτώσεις» στην περιοχή. Αλλά επηρέασε σημαντικά την αύξηση της θερμοκρασίας, που ευθύνεται για την κατακόρυφη άνοδο της εξατμισοδιαπνοής που οδήγησε στην αποξήρανση ρεκόρ των εδαφών και των φυτών.

«Η κλιματική αλλαγή προκάλεσε αυτή την τόσο σοβαρή και πρωτοφανή ξηρασία», επεσήμανε η Τζόις Κιμουτάι, Κενυάτισσα κλιματολόγος της Μετεωρολογικής Υπηρεσίας της Κένυας που συμμετείχε στην έρευνα. Η ίδια και η ομάδα της κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι, αν η θερμοκρασία ήταν κατά 1,2 βαθμό Κελσίου χαμηλότερη, ο συνδυασμός των μειωμένων βροχοπτώσεων και της εξατμισοδιαπνοής «δεν θα είχαν οδηγήσει στην ξηρασία».

 

Νέες φωτογραφίες του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb: τα τελευταία στάδια της αστρικής εξέλιξης

 

Καλλιτεχνική απεικόνιση του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb

Εικόνα: Vadim Sadovski, Elements of image provided by Nasa

Το James Webb παρατηρεί το υπόλειμμα σουπερνόβα Cas A και τον αστέρα Wolf-Rayet 124

συγγραφέας: Παναγιώτα Ντόβα 26 Απριλίου 2023

Τους τελευταίους μήνες, δημοσιεύονται συνεχώς εντυπωσιακές εικόνες από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb. Βλέπουμε μακρινούς γαλαξίες που δεν είχαμε παρατηρήσει ποτέ ξανά, εντυπωσιακά νεφελώματα και φωτογραφίες βαθέως πεδίου. Ωστόσο, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν αντικείμενα που είχαν παρατηρηθεί επανειλημμένα στο παρελθόν, στα οποία «ρίχνουμε μία νέα ματιά». Το James Webb μας δίνει τις πιο λεπτομερείς εικόνες που έχουμε για αστέρες οι οποίοι παρατηρούνταν επί δεκαετίες με όργανα χαμηλότερων δυνατοτήτων.

Μέσα στις τελευταίες εβδομάδες, δημοσιεύτηκαν οι εντυπωσιακές εικόνες του αστέρα WR-124 και του υπολείμματος σουπερνόβα Κασσιόπη Α. Τα δύο αυτά αντικείμενα είναι ενδεικτικά των τελευταίων σταδίων εξέλιξης αστέρων με μεγάλη μάζα, δεκάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ηλίου, γι’ αυτό η μελέτη τους μπορεί να δώσει απαντήσεις σε σημαντικά ερωτήματα σχετικά με το τέλος της ζωής των αστέρων.

Κασσιόπη Α

Όλοι οι αστέρες βρίσκονται σε μία κατάσταση «δυναμικής ισορροπίας» για το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους. Μέσω της πυρηνικής σύντηξης που πραγματοποιείται στο εσωτερικό τους, το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο1 και η διαδικασία συνεχίζεται παράγοντας όλο και πιο βαριά χημικά στοιχεία2, μέχρι τον σίδηρο. Όταν η πυρηνική σύντηξη φτάσει στον σίδηρο, δεν παράγεται πλέον ενέργεια, αλλά καταναλώνεται. Τότε, η βαρύτητα υπερισχύει και ο αστέρας καταρρέει προς το κέντρο του. Οι αστέρες μεγάλης μάζας καταρρέουν σε αστέρες νετρονίων ή μαύρες τρύπες, ενώ παράλληλα εκτινάσσουν τα εξωτερικά τους στρώματα σε μια έκρηξη σουπερνόβα.

Τα υλικά της έκρηξης σουπερνόβα, καθώς απομακρύνονται από τον αστέρα, ψύχονται και δημιουργούν νέφη από «κοσμική σκόνη», δηλαδή μικρά στερεά σωμάτια αποτελούμενα από τα βαριά χημικά στοιχεία που παράχθηκαν κατά τη διάρκεια της ζωής του αστέρα. Τα νέφη αυτά με τη σειρά τους θα καταρρεύσουν σχηματίζοντας νέους αστέρες και πλανήτες εμπλουτισμένους με βαριά χημικά στοιχεία. Επομένως, η μελέτη των εκρήξεων σουπερνόβα είναι ζωτικής σημασίας, όχι μόνο για την κατανόηση του τέλους της ζωής των αστέρων, αλλά και για την κατανόηση της γέννησής τους.

Το υπόλειμμα σουπερνόβα Cassiopeia A έχει διάμετρο 10 έτη φωτός και βρίσκεται σε απόσταση 11.000 ετών φωτός από τη Γη, στον αστερισμό της Κασσιόπης. Πρόκειται για το πιο πρόσφατο υπόλειμμα σουπερνόβα που έχουμε εντοπίσει εντός του Γαλαξία μας, ενώ το φως της έκρηξης έφτασε στη Γη μόλις πριν από 340 έτη. Γι’ αυτόν τον λόγο έχει παρατηρηθεί εκτενώς στο παρελθόν τόσο με επίγεια όσο και με διαστημικά τηλεσκόπια. Ωστόσο, στην εικόνα που λήφθηκε από το James Webb και δημοσιεύτηκε στις 7 Απριλίου, φαίνεται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια από κάθε άλλη φορά. Παρατηρούνται για πρώτη φορά μικροί σχηματισμοί στο εσωτερικό του και μας δίνεται η δυνατότητα να διακρίνουμε ποια χημικά στοιχεία βρίσκονται σε κάθε περιοχή του.

 

Το υπόλειμμα σουπερνόβα Cas A, όπως απεικονίστηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb

Εικόνα: NASA, ESA, CSA, D. Milisavljevic (Purdue), T. Temim (Princeton), I. De Looze (Ghent University). Image Processing: J. DePasquale (STScI)

Στο εξωτερικό της φυσαλίδας, ιδιαίτερα στο επάνω και αριστερά τμήμα της φωτογραφίας, βρίσκεται υλικό που φαίνεται πορτοκαλί και κόκκινο. Σε αυτή την περιοχή τα εξωτερικά στρώματα που αποτινάσσονται από τον αστέρα συναντούν αέρια και σκόνη του μεσοαστρικού χώρου. Μέσα στο κέλυφος, παρατηρούνται νημάτια και κόμβοι έντονου ροζ χρώματος. Πρόκειται για υλικό από τον ίδιο τον αστέρα, το οποίο λάμπει λόγω διάφορων χημικών στοιχείων, όπως το οξυγόνο, το αργό και το νέον, καθώς και λόγω της κοσμικής σκόνης. Το αστρικό υλικό επίσης φαίνεται αμυδρά κοντά στο εσωτερικό της κοιλότητας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εμφανίζει ένας πράσινος βρόχος, που εκτείνεται στη δεξιά πλευρά της κεντρικής κοιλότητας. Οι ερευνητές το έχουν ονομάσει «Πράσινο Τέρας» προς τιμήν του Fenway Park στη Βοστώνη. Πρόκειται για έναν σχηματισμό με ιδιαίτερη και πολύπλοκη μορφή, που είναι δύσκολο να κατανοηθεί και να ερμηνευθεί. Σύμφωνα με την Ilse De Looze από το Πανεπιστήμιο της Γάνδης στο Βέλγιο, συνεχίζεται η προσπάθεια να εντοπιστούν όλες οι πηγές εκπομπής ακτινοβολίας στον σχηματισμό.

WR-124

Ορισμένοι αστέρες με μεγάλη μάζα, μεταξύ της φάσης του υπεργίγαντα και της βαρυτικής κατάρρευσής τους, περνούν από το στάδιο Wolf-Rayet. Τότε, απομακρύνουν σταδιακά τα εξωτερικά τους στρώματα, δημιουργώντας κελύφη από αέρια και σκόνη. Αυτό το ενδιάμεσο στάδιο της εξέλιξης των αστέρων διαρκεί πολύ λίγο στις κοσμικές χρονικές κλίμακες, γεγονός που το καθιστά δύσκολο να παρατηρηθεί.

Οι αστέρες Wolf-Rayet εμφανίζουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες και ισχυρό αστρικό άνεμο, δηλαδή σωματίδια και ακτινοβολία που απομακρύνονται από αυτούς με μεγάλες ταχύτητες. Επιπλέον, έχουν επιφάνεια εμπλουτισμένη με τα βαριά χημικά στοιχεία που έχουν παραχθεί κατά τη διάρκεια της ζωής τους, τα οποία στη συνέχεια θα εκτιναχθούν με την έκρηξη σουπερνόβα και θα διασκορπιστούν στον μεσοαστρικό χώρο. Συνεπώς, η μελέτη τους είναι ζωτικής σημασίας για την εξέλιξη των αστέρων, για τους ίδιους λόγους με τις εκρήξεις σουπερνόβα.

 

Ο αστέρας Wolf-Rayet 124, όπως απεικονίστηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb

Εικόνα: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team

Ο αστέρας Wolf-Rayet 124 βρίσκεται σε απόσταση 15.000 ετών φωτός από τη Γη, στον αστερισμό του Βέλους. Το James Webb στράφηκε προς αυτόν κατά τους πρώτους μήνες λειτουργίας του και η φωτογραφία του δημοσιεύτηκε στις 14 Μαρτίου. Ο αστέρας έχει μάζα 30 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου και έχει ήδη αποθέσει το 1/3 αυτής. Η κοσμική σκόνη που σχηματίζεται εκπέμπει ακτινοβολία στο υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η οποία ανιχνεύεται από το Webb. Η κάμερα NIRCam (Near-Infrared Camera) ισοσταθμίζει το έντονο φως του άστρου και δίνει τη δυνατότητα να γίνει ορατό το περιβάλλον του, του οποίου η εκπεμπόμενη ακτινοβολία είναι πιο ασθενής. Παράλληλα, το όργανο MIRI (Mid-Infrared Instrument) αποκαλύπτει την πολύπλοκη δομή αερίου και σκόνης που τον περιβάλλει.

Η εξαιρετική ικανότητα του James Webb να απεικονίζει αντικείμενα σε υπέρυθρα μήκη κύματος μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε την κοσμική σκόνη, η οποία έχει καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό νέων αστέρων και πλανητών. Το μεγάλο πλήθος πληροφοριών που λαμβάνουμε από τις δύο νέες εικόνες δημιουργεί μεγάλη προσμονή για τις επόμενες φωτογραφίες που θα δημοσιευτούν.

1. Κατά τη διάρκεια της μετατροπής υδρογόνου σε ήλιο, οι αστέρες βρίσκονται στην «Κύρια ακολουθία».

2. Τότε καλούνται «Γίγαντες» ή «Υπεργίγαντες» αστέρες.

συγγραφέας: Παναγιώτα Ντόβα