Новая химическая теория возникновения РНК

Химики из Технологического института Джорджии нашли еще один механизм, посредством которого молекулы на древней Земле могли самостоятельно «склеиваться» в структуры, давшие начало РНК.

«Мы продемонстрировали реакцию, игравшую важную роль в формировании древнейших РНК-подобных молекул», – рассказывает профессор биохимии Николас Хад (Nicholas Hud).

РНК отлично выполняет свои функции в живых организмах, но с точки зрения химии ее получить чрезвычайно сложно. Это заставляет предположить, что РНК выработалась из более примитивных химических соединений. Далее, когда жизнь стала более сложной, появились ферменты, давлении эволюции заставило пра-РНК превратиться в сложную современную РНК.

РНК состоит из трех химических элементов – сахара рибозы, азотистого основания и фосфатной группы. Каждое звено в цепи РНК (нуклеотид) состоит из этих трех элементов и соединяется с другим звеном, образуя РНК-полимер. Одна из нерешенных проблем биогенеза, по словам Хада, – как выстроились связи между основаниями и рибозой.

Ученый и его коллеги изучили основания, которые химически близки основаниям современной РНК, и при этом способны спонтанно связываться с рибозой и собираться в одно целое с другими основаниями – благодаря тем же взаимодействиям, что позволяют ДНК и РНК хранить информацию.

И остановили свой выбор на молекуле триаминопиримидина (ТАП).

Они смешали ТАП с рибозой, в условиях, воссоздающих высыхающие озерца ранней Земли. И молекула вступила в активную реакцию – до 80% ТАП преобразовалось в нуклеозиды (остаток азотистого основания плюс углевод, входит в состав нуклеотидов). Предыдущие попытки создать нуклеозиды (на основе других соединений) или оказывались неуспешными, или давали крайне низкую продуктивность реакции.

Чтобы продемонстрировать возможность полимеризации РНК-подобных молекул, Хад и его коллеги добавили в свою реагирующую смесь еще одно соединение – циануровую кислоту (на фото). И в ней сразу же образовались нековалентные полимеры с тысячами спаренных нуклеозидов!

«Просто потрясающе, как нуклеозиды и основания "собираются» самостоятельно. Ведь на современной Земле, для сбора «кирпичиков» РНК и упорядочивания их в пространстве (основное условие полимеризации) необходимы сложные ферменты", – рассказывает соавтор исследования аспирант Брайан Кэфферти (Brian Cafferty).

Триаминопиримидин – интересный кандидат на роль «предка» современных молекул РНК, но, безусловно, не единственный, замечает Хад. Сейчас ученый планирует исследовать происхождение фосфатного «позвоночника» РНК.

«Мы хотим обнаружить простые и устойчивые химические процессы, объясняющие происхождение РНК или ее предшественницы», – заявил профессор.

Исследование представлено в журнале Journal of the American Chemical Society.

Источник