Unified synthesis shows how genetic alphabet could have been put together on early Earth — ABC Chemicals


Исследователи показали, как четыре химические «буквы» генетического алфавита могли возникать вместе при одинаковых условиях на ранней Земле — до сих пор было загадкой, как все четыре могли быть созданы одновременно. Работа дает представление о том, как информация, кодирующая строительные блоки РНК, жизненно важные для жизни, могла вначале развиваться в мелких водоемах, вызванных повторяющимися циклами высыхания и повторного заполнения.

Четыре буквы, или нуклеобазы, носителей информации о жизни, РНК и ДНК, представлены двумя типами молекул азота — пуринов и пиримидинов. Пурины (A и G) соединяются с пиримидинами (C и T или U в РНК), образуя две комплементарные пары оснований, что позволяет хранить, копировать и читать информацию. Для создания первых нитей РНК на древней Земле должны были присутствовать как пурины, так и пиримидины. Проблема заключается в том, что исследователям удавалось производить два вида основ раздельно в разных и частично несовместимых условиях.

Теперь лаборатория Томаса Карелла в Мюнхенском университете им. Людвига Максимилиана, Германия, обнаружила, как все четыре основы могут образовываться вместе в среде, которая содержит одинаковые исходные материалы. «Кажется, что РНК-нуклеозиды очень особенные, потому что они образуются из простых исходных материалов в каскадных реакциях, которые настраиваются небольшими колебаниями внешних параметров», — говорит Карелл.

Чтобы воссоздать пребиотически правдоподобные условия, обнаруженные на ранней Земле, команда обратилась к последним геохимическим моделям, которые предполагают, что атмосфера планеты не полностью снижалась, как считалось ранее. Скорее, это был скорее окислительно-восстановительный потенциал с диоксидом углерода и диоксидом серы в качестве потенциальных компонентов атмосферы, которые могли бы позволить азоту существовать в полуредуцированной форме гидроксиламина (NH2ОН) — потенциальный источник азота для образования всех четырех нуклеиновых оснований.

Unified synthesis shows how genetic alphabet could have been put together on early Earth - ABC Chemicals

Эксперименты показали, что гидроксиламин и другие исходные материалы, включая цианоацетилен, малонодинитрил, закись азота, воду и мочевину, а также карбонат кальция, ионы цинка и железа и муравьиную кислоту, были всем, что требовалось для получения как пуринов, так и пиримидинов.

Экспериментальные условия моделировали среду, в которой предполагалось, что эти химикаты присутствовали бы в мелких водоемах, которые испытывали колебания pH и температуры из-за сезонных изменений и вулканической активности. Результатом таких колебаний будут влажные и сухие циклы, которые, как показала команда, могут стимулировать синтез нуклеозидов с добавлением рибозы. В присутствии фосфатных минералов команда также показала, что образуются фосфатные группы — обязательное условие для сахарно-фосфатного остова, который связывает нуклеотидные строительные блоки вместе, образуя нуклеиновые кислоты.

«Это еще один большой шаг к достижению преемственности в схемах, которые делают строительные блоки РНК из малых молекул», — говорит эксперт по вопросам происхождения жизни Стивен Беннер из Фонда прикладной молекулярной эволюции во Флориде, США. Он предполагает, что слишком много химии пребиотиков в прошлом было поэтапным и прерывистым. «Поскольку они являются прерывистыми, эти процессы не убедительны ни для кого за пределами области. Эта новая работа предлагает процесс, который может быть убедительным ».

Но другие остаются неубежденными. «Несмотря на то, что представлено много интересной химии, она далека от комплексного и пребиотически правдоподобного синтеза четырех рибонуклеотидов», — комментирует Джек Шостак, который исследует происхождение жизни в Гарвардском университете, США. «Например, начинать с чистой концентрированной рибозы не является пребиотически правдоподобным».

Карелл не согласен. «Мы до сих пор не понимаем реакции, которые приводят к образованию рибозы, и нам нужно понять происхождение хиральности», — объясняет он. «Наконец, нам нужно узнать, как нуклеозиды могут превращаться в длинные цепи, и, наконец, что не менее важно, нам нужно найти хорошие модели и теории о мире РНК-пептидов, которые затем привели к образованию современных РНК и белков».







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *