РНК-мир: мы на шаг ближе к доказательству возможности биогенеза

22.06.2016
Мир РНК — это красивая гипотеза о самозарождении жизни, и вчера ее доказательство стало на шаг ближе. В 2009 году английскому ученому Джону Сазерленду удалось предложить схему, по которой в «протобульоне» могли синтезироваться цитозин и урацил — два из четырех «кирпичиков» РНК. Вчера журнал Science опубликовал сообщение о том, что воссозданы условия автономного синтеза аденина и гуанина, или пуриновых оснований (пуринов).

Белки не могли дать начало жизни на нашей планете — они не способны хранить и передавать информацию. ДНК может хранить информацию — но сама по себе не жизнеспособна: она не умеет воспроизводиться без посторонней помощи и вообще довольно неохотно вступает в реакции. Поэтому еще в 80-е годы XX века ученые предположили, что если жизнь и зародилась сама по себе, то она началась с РНК — молекулы, которая может и вступать в разнообразные реакции, и хранить генетический код.

Остается только доказать, что РНК могла появиться и начать воспроизводиться случайно, из «первичного бульона» — теплой воды и первых молекул на основе углеродных цепочек.

Синтезировать отдельные нити РНК — рибозимы — в лаборатории научились быстро. Несколько большую трудность представляла задача получить рибозимы с полимеразной активностью, то есть такие нити РНК, которые будут размножать другие рибозимы. Самые простые из них, умевшие удваивать короткие цепочки, удалось получить в начале 2000-х, и это стало огромным прорывом. Тогда биологи пришли к выводу, что изначально могло существовать два способа удлинения, усложнения цепи: за счет репликации коротких РНК при помощи рибозом с полимеразной активностью и за счет простой «сборки» из отдельных нуклеиновых оснований: аденина, гуанина, цитозина и урацила.

Рис.1. Химическое строение полинуклеотида РНК
 

После того, как все необходимые для синтеза РНК процессы были завершены в лаборатории, нужно было сделать несколько более сложную вещь, а именно — экспериментально доказать, что в условиях древней Земли подобные реакции могли пойти сами по себе. И сегодня большая задача по воссозданию биогенеза стала на один огромный шаг ближе к завершению.

Сначала Карелл и его коллеги заметили, что молекула формамидопиримидина, играющая роль в восстановлении поврежденной ДНК, также вступает в реакции с образованием пурина. Тогда биологи начали подбирать условия, которые могли бы сложиться на Земле и в которых могла бы синтезироваться молекула пурина.

На первом этапе требовались только водород, кислотные остатки синильной кислоты и вода. Считается, что простая трехатомная синильная кислота была очень распространена на Земле в период перед возникновением жизни. В воде она легко реагирует и дает аминопиримидины, содержащие аминогруппу. Эти последние — очень химически активные вещества, что для ученых было скорее плохо — среди многих продуктов их реакций не все оказывалось нужного им пурина.

Нужно было оставить только один из всех разнообразных аминов. Оказалось, что для этого нужно всего лишь немного подкислить среду — а кислот на доисторической Земле тоже хватало — чтобы способным реагировать с другими веществами остался только аминопиримидин.

В прошлом году зонд Розетта высадился на комету Чурюмова-Герасименко и забрал пробы вещества, в котором обнаружили муравьиную кислоту и формамид. Оба эти вещества, вступая в реакцию с аминопиримидином и некоторыми другими веществами в изоблилии дают пурин.

Не все еще разгадано. Есть, например, такое противоречие: условия, необходимые для синтеза пуринов и пиримидинов, несколько различаются, а для образования РНК и те, и другие должны оказаться в одном месте в одно время. Работы еще много, но каждое экспериментальное подтверждение увеличивает вероятность биогенеза — и, может быть, однажды самозарождение жизни перестанет казаться нам удивительным, почти невозможным совпадением.

 

Рис.2

Источник: www.popmech.ru


Новости и события
Повышение внутриклеточного уровня холестерина снижает вероятность заражения коронавирусом
28.10.2020

Выявлены гены человека, которые способствуют инфицированию SARS-CoV-2. Это указывает на потенциальные новые мишени для лечения COVID-19. В частности, лекарство, повышающее внутриклеточный уровень холестерина, снижает вероятность инфекции.

Из растительных масел синтезирована замена токсичным компонентам пластмасс
28.10.2020

Ученые из РХТУ им. Д. И. Менделеева синтезировали функциональный аналог пластификаторов, используя только природные компоненты: биодизель, получаемый из отходов сельскохозяйственных культур, богатых растительным маслом.

Российские химики разработали кровоостанавливающий материал из природных компонентов
20.10.2020

В РХТУ им. Д.И. Менделеева синтезировали новый материал на основе биополимеров хитозана и альгината, а также наночастиц серебра,