Исследователи из Университетского колледжа Лондона воссоздали ключевой этап, который мог способствовать появлению жизни на Земле почти 4 миллиарда лет назад.
В частности, британские ученые продемонстрировали, как РНК и аминокислоты могли естественным образом объединиться около 4 млрд лет назад. Аминокислоты выступают ключевыми компонентами в белках, обеспечивая практически все биологические функции. Однако белки не могут копировать сами себя или генерировать инструкции для самостоятельного синтеза. Эти инструкции поступают от молекул РНК, тесно связанных с ДНК.
По результатам исследования ученые успешно соединили аминокислоты с РНК в условиях, близких к тем, что существовали на нашей планете около 4 млрд лет назад. Попытки сделать это продолжаются еще с 70-х годов прошлого века, однако до сих пор они были безуспешными.
«Жизнь заключается в способности синтезировать белки — ключевые функциональные молекулы жизни. Понимание происхождения синтеза белка имеет основное значение для понимания происхождения жизни. Наше исследование — большой шаг на пути к этой цели, показывающий, как РНК могла впервые начать контролировать синтез белка», — объясняет старший автор исследования с кафедры химии Университетского колледжа Лондона, профессор Мэтью Паунер.
Современные формы жизни используют для синтеза белка невероятно сложные молекулярные структуры — рибосомы. Для этого необходимы химические инструкции, которые хранятся в матричной РНК. Эта РНК осуществляет перенос последовательности генов из ДНК-клетки в рибосому. После этого рибосома считывает эту РНК и последовательно соединяет между собой аминокислоты, образуя белки.
«Мы завершили первую часть этого сложного процесса, используя очень простые химические реакции в воде с нейтральным pH для связывания аминокислот с РНК. Эта химическая реакция имеет спонтанный, избирательный характер и могла иметь место на ранней Земле», — отмечает Мэтью Паунер.
Предыдущие попытки соединить аминокислоты с РНК опирались на высокореакционные молекулы, однако эти молекулы распадались в воде, а аминокислоты начинали взаимодействовать друг с другом, а не с РНК. В новом исследовании ученые использовали менее агрессивный метод для преобразования аминокислот в реактивную форму. Это включало в себя тиоэфир — высокоэнергетическое химическое соединение, играющее важную роль во многих биохимических процессах жизни и, как предполагается, уже игравшее важную роль на начальном этапе развития жизни.
«Наше исследование сочетает две известные теории происхождения жизни — «мир РНК», в которой самореплицирующаяся РНК считается фундаментальной, и «мир тиоэфиров», в котором тиоэфиры рассматриваются как источник энергии для ранних форм жизни», — подчеркнул Мэтью Паунер.
Для образования этих тиоэфиров аминокислоты вступают в реакции с серосодержащим соединением, которое называется пантеин. В прошлом году та же группа исследователей опубликовала статью, демонстрирующую возможность синтеза пантеина в условиях, близких к земным. Это позволяет предположить, что это соединение могло играть важную роль в процессе образования жизни на Земле.
Далее ученые планируют определить, как последовательности РНК связываются с соответствующими аминокислотами, что позволяет РНК кодировать инструкции для синтеза белка. Как отмечает Мэтью Паунер, прежде чем станет возможным окончательно объяснить появление жизни на Земле, необходимо еще решить большое количество проблем, самой сложной из которых остаются первопричины, способствовавшие синтезу белков.
«Представьте себе день, когда химики смогут взять простые, небольшие молекулы, состоящие из атомов углерода, азота, водорода, кислорода и серы, и из этих деталей LEGO сформировать молекулы, способные к саморепликации. Это станет монументальным шагом на пути решения вопроса о происхождении жизни. Наше исследование приближает нас к этой цели, демонстрируя, как два первичных химических элемента LEGO (активированные аминокислоты и РНК) могли построить пептиды, короткие цепочки аминокислот, необходимые для жизни. Особенно новаторским является то, что активированная аминокислота, использованная в этом исследовании, является тиоэфиром, типом молекулы, образованной из кофермента А, химического вещества, присутствующего во всех живых клетках. Это открытие потенциально может связать метаболизм, генетический код и синтез белка», — отмечает ведущий автор исследования, доктор Джоти Сингх.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature
Источник: SciTechDaily
