Имела ли молекула РНК решающую роль в возникновении жизни на Земле?
Возможно, если одним из его составляющих был инозин, а не гуанозин.
Одна из великих загадок науки касается начала жизни. Жизнь могла бы появиться на Земле более трех миллиардов лет назад, но её прогресс еще предстоит уточнить.
В сценарии «гипотеза мира РНК» рибонуклеиновая кислота или РНК занимала бы центральное место на раннем этапе развития жизни. Но этот трек сопровождается многими вопросами, особенно химические соединения, присутствующие на исконной Земле, позволили синтез РНК или связанные с ним формы? И смог ли последний еще хранить генетическую информацию для самовоспроизведения?
Джек Шостак из Гарвардского университета и его коллеги изучили молекулу инозина, которая, возможно, сыграла ключевую роль в этом сценарии.
Сегодня ДНК является носителем генетической информации. Он содержит инструкции по производству белков, но его репликация возможна только в присутствии определенных катализаторов, белков.
Поэтому возникает вопрос: какая ДНК или белки появились первыми?
В 1982 году Том Чех и Сидни Альтман обнаружили, что РНК, химически близкая к ДНК и способная нести генетическую информацию, также может иметь каталитическую роль, как белки. Это открывает возможность самовоспроизведения РНК.
Но возможно ли производить РНК, сложную молекулу, посредством процессов пребиотической химии, то есть из соединений, присутствующих на Земле до появления жизни? Одна версия состоит в том, что жизнь началась с более простых молекул, и что РНК прибыла позже. Но многие исследователи изучают «гипотезу мира РНК», где эта молекула производится непосредственно в условиях пребиотиков.
Была ли молекула РНК изначально?
Однако, даже несмотря на то, что РНК может выступать в качестве катализатора, не существует известного неферментативного (т.е. без помощи определенных белков) процесса репликации РНК в его нынешней форме. Это делает этот сценарий невозможным в пребиотических условиях. Одно из решений состоит в том, чтобы представить, что первые формы жизни содержали бы первичную РНК, но с некоторыми отличиями, особенно в нуклеиновых основаниях, составляющих молекулу.
РНК, действительно, представляет собой длинный набор нуклеотидов, каждый из которых несет одно из четырех оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U). Если известно, что эффективные пребиотические процессы синтезируют цитозин и урацил, это не относится к двум другим. Аденин и гуанин относятся к семейству пуринов, соединения, структура которых основана на структуре пурина, циклической молекулы азота.
В 2017 году Джек Шостак и его коллеги из Университетского колледжа Лондона подчеркнули возможность образования определенных пуринов, оксо-8-пуринов, в условиях пребиотиков.
В этом новом исследовании Джек Шостак и его команда исследовали возможность создания РНК с оксо-8-пуринами вместо A и G. Исследователи изучили два важных фактора: скорость репликации и надежность этой модифицированной РНК.
Действительно, РНК - это молекула, которая быстро разлагается. Поэтому она должна выполнить свою миссию репликации довольно быстро. Но этот процесс также должен быть выполнен путем ограничения количества ошибок, которые могут поставить под угрозу устаревшую информацию.
Инозин, хороший кандидат.
Исследователи помещают оксо-8-пурины в присутствии нитей РНК во время самосборки по навязанному образцу. Они обнаружили, что как только эти пурины были добавлены в цепь, фиксация других нуклеотидов замедлилась, в то время как количество ошибок в синтезе стало очень важным. Поэтому исследователи отклонили этих кандидатов.
Они также проверили другой пурин, инозин.
В предыдущем исследовании исследователи предположили, что инозин не был хорошим кандидатом, но команда Джека Шостака проверила его в условиях, более близких к условиям пребиотика Земли. Они показали, что инозин заменил гуанозин (основание гуанина, связанное с рибозой в РНК) без нарушения репликации и, возможно, играл эту роль в первичной РНК. Кроме того, инозин получают реакцией дезаминирования аденозина (основания аденина, связанного с рибозой).
Но остается вопрос, как производить аденозин в пребиотических условиях?