Група дослідників з Університетського коледжу Лондона нещодавно змоделювала процес синтезу найперших білкових ланцюгів, застосувавши мікс РНК і амінокислот у водному середовищі. Отримані результати можуть докорінно змінити уявлення про початкові етапи життя на нашій планеті, пише Earth.com.
Білки як фундамент живого
Білкові сполуки забезпечують безліч життєво важливих функцій — від відновлення клітин до захисту від шкідливих агентів. Однак залишається відкритим питання: яким чином перші білки з’явилися до появи складних клітинних механізмів? Новий експеримент, описаний на сайті Earth.com, демонструє простий і безпечний шлях їхнього формування за участю лише РНК та амінокислот.
Професор Метью Паунер, керівник проєкту, зауважує: “Ми знаємо, що життя ґрунтується на співпраці нуклеїнових кислот і білків, але яким чином цей зв’язок виник — залишається однією з основних таємниць біології”.
Хімічне сполучення РНК та амінокислот
Вчені показали, що молекула РНК, окрім зберігання генетичної інформації, може без сторонньої допомоги ферментів зв’язуватися з активованими амінокислотами у воді при м’якому pH. Здебільшого реакція проходить на кінцевих залишках дволанцюгової РНК, що знижує ризик випадкових зсувів у ланцюзі.
Сірка та тіоефіри у ролі каталізаторів
Ключовим каталізатором стала сірка. Тіолові групи та похідні тіоефіри активно беруть участь у сучасному метаболізмі й у запропонованому сценарії допомагають прикріпити амінокислоти до РНК. “Тіоефіри вигідні для умов ранньої Землі завдяки своїй водостійкості та здатності сприяти утворенню пептидних зв’язків”, — пояснюють дослідники.
Два етапи «пастки» пептидів
Експеримент виявив два ключові кроки: спершу тіоефіри стимулюють приєднання амінокислот до кінців РНК, утворюючи аміноацил-РНК за нейтрального pH. На другому етапі м’які окисники сприяють з’єднанню цих фрагментів у короткі пептидні ланцюжки — перший «пробний» білковий продукт.
Життя серед води та льоду
Реакція відбувається виключно у воді при нейтральному pH, що відповідає умовам примітивних озер або мілководних зон. Періодичне заморожування концентрує розчинені сполуки, а тонкі кристали льоду видаляють надлишкові солі, прискорюючи хімічні процеси без жорстких реагентів.
Від хімії до біології
Сучасні білки синтезують рибосоми — потужні РНП-комплекси, що зчитують матричну РНК і за підтримки транспортних РНК збирають амінокислоти у довгі поліпептидні ланцюги. Натомість запропонований механізм демонструє, що сама РНК могла виступати й каталізатором, й шаблоном для пептидогенезу в найдавніші моменти розвитку життя.
Від першого зв’язку до генетичного коду
Генетичний код складається з правил, які зв’язують триплети нуклеотидів із конкретними амінокислотами. Дослідники виявили, що хімічні властивості кінцевих залишків РНК сприяли вибірковому приєднанню амінокислот, що могло стати передумовою для формування стабільних послідовностей і еволюційного переходу до кодування білків.
Таким чином експеримент із РНК і тіоефірами відкриває можливий шлях від простих хімічних зв’язків до впорядкованого синтезу білків, що лягли в основу життя на Землі.