Аминокислоты как катализаторы в возникновении РНК
Лаборатория профессора LMU Дитера Брауна обнаружила неожиданную форму молекулярного сотрудничества между фундаментальными компонентами жизни. Исследователи выяснили, что аминокислоты — простые и распространённые молекулы на ранней Земле — могут активно способствовать полимеризации РНК в мягких, пребиотических условиях.
Это открытие бросает вызов устоявшимся представлениям о «мире РНК» в начале жизни и предполагает, что жизнь могла начаться с более сбалансированного взаимодействия между РНК и аминокислотами.
Конец гипотезы мира РНК?
Исследователи, чья работа опубликована в Nature Communications, продемонстрировали, что образование молекул РНК увеличивалось до 100 раз в присутствии аминокислот. Этот процесс объясняется кислотно-основным катализом, осуществляемым аминогруппой аминокислот. В щелочной среде (pH) аминокислоты существуют как в нейтральной, так и в отрицательно заряженной формах, что позволяет им переносить протоны в реакции полимеризации, формирующей РНК из рибонуклеозидных 2′,3′-циклических фосфатов — пребиотически правдоподобной отправной точки.
«Наши результаты заполняют критический пробел в понимании ранней эволюции. До сих пор мы знали, как белки создаются каталитическим аппаратом РНК, но теперь мы начинаем понимать, как строительные блоки белков также могут помогать формироваться РНК. Это взаимная зависимость двух основных молекул жизни, которая меняет наш взгляд на молекулярное происхождение жизни», — говорит ведущий автор исследования Сарой Раут.
Эта каталитическая способность аминокислот, даже в их простейшей форме и без включения в сложные белки, указывает на их функциональную роль в усилении образования РНК. Важно, что реакция происходит при комнатной температуре, умеренной щёлочности и низкой концентрации солей — условиях, благоприятных для долгосрочной стабильности и репликации РНК.
Щелочные условия важны для возникновения жизни
Примечательно, что тот же повышенный pH, который способствует синтезу РНК, катализируемому аминокислотами, также поддерживает РНК-темплирование, когда короткие цепи РНК направляют сборку комплементарных последовательностей посредством лигирования. Это приводит к автокаталитическим репликационным сетям, закладывая прочную основу для дарвиновской эволюции.
По мнению исследователей, эти результаты подчёркивают важность щелочных сред, которые часто упускались из виду в предыдущих экспериментах по происхождению жизни. Подобные щелочные среды встречаются, например, на вулканических островах.
«Наши результаты предлагают убедительный пересмотр гипотезы мира РНК, — говорит Браун. — Они открывают возможности для сотрудничества между РНК и аминокислотами на ранних этапах эволюции, приближая нас к воссозданию первых шагов жизни в лабораторных условиях».