Jedním z hlavních vědeckých problémů, na kterém vědci na celém světě pracují, je původ života na Zemi. V posledních desetiletích bylo v této oblasti dosaženo mnoha úspěchů, například byl vyvinut koncept světa RNA. Stále však není známo, jak přesně vznikly molekuly, které sloužily jako první „stavební kameny“života. Časopis Science publikoval článek, který odpovídá možná nejdůležitější otázce: odkud pocházejí nukleotidy, které tvoří RNA. "Lenta.ru" odhaluje podrobnosti studie a hovoří o jejím významu.
Podle moderních vědeckých konceptů život pocházel z organických sloučenin, které spolu reagovaly a vytvářely klíčové molekuly - nukleosidy. Je známo, že nukleosid je tvořen cukernou ribózou nebo deoxyribózou a jednou z pěti dusíkatých bází: adenin, guanin, thymin, cytosin nebo uracil. Nukleosidy jsou prekurzory nukleotidů, z nichž se zase skládá DNA a RNA. Aby se nukleosid změnil na nukleotid, je nutná další složka - zbytky kyseliny fosforečné.
Proč nukleosidy přicházejí do popředí? Na tuto otázku odpovídá vědecký koncept známý jako hypotéza světa RNA, který se domnívá, že to byla RNA, která stála na počátku života. Molekuly ribonukleových kyselin byly prvními, kteří prováděli katalýzu chemických reakcí v primárním bujónu, naučili se kopírovat sebe i sebe a co je nejdůležitější, měli dědičné informace. Tyto RNA se nazývají ribozymy. Pokud jakákoli molekula RNA měla schopnost syntetizovat své vlastní kopie, pak byla tato vlastnost předána z generace na generaci. Někdy bylo kopírování doprovázeno chybami, v důsledku kterých nové RNA získaly mutace.
Mutace by mohly vážně poškodit katalytické vlastnosti molekul, ale mohly by také změnit RNA, což jí poskytne nové schopnosti. Vědci například zjistili, že některé mutace urychlují samokopírovací proces a pozměněné ribozymy začnou po chvíli převládat nad „normálními“. Molekulární biologové vedeni Brianem Pegelem z Scripps Research Institute v Kalifornii pozorovali, jak se enzymatická aktivita ribozymů během třídenních evolucí v laboratoři zvýšila 90krát. Proto, i když ribozymy nebyly zpočátku příliš aktivní, molekulární evoluce je mohla proměnit v ideální katalytické stroje.
Nicméně hypotéza světa RNA naráží na řadu obtíží. Například není známo, jak by mohlo dojít k abiogenitě, tj. Bez účasti živých organismů, k syntéze prvních ribozymů. I když bylo nalezeno mnoho argumentů ve prospěch světa RNA, klíčovou otázkou - jak se to stalo - zůstává kamenem úrazu.
Někteří vědci naznačují, že chemické sloučeniny, ze kterých byly nukleosidy vytvořeny, nemohly vzniknout v pozemských podmínkách, ale byly přivedeny na planetu z vesmíru. Je však třeba poznamenat, že problém je spojen s purinovými nukleosidy - adenosinem a guanosinem, které obsahují adenin a guanin. U pyrimidinových molekul obsahujících cytosin, thymin nebo uracil jsou známy cesty syntézy, které by mohly existovat již v počátku života. Domino-podobné chemické reakce vedou k tvorbě velkého množství požadovaných pyrimidinů.
Propagační video:
Vědci navrhli možnou cestu pro tvorbu purinových nukleosidů, ale může to vést ke vzniku mnoha dalších sloučenin, mezi nimiž by požadované nukleosidy byly jen malou frakcí. Samotné čištění purinů nebude fungovat, protože nejsou pouze integrálními složkami RNA a DNA, ale také tvoří adenosintrifosfát (ATP), který se podílí na metabolismu energie a látek v těle, a guanosintrifosfát, který slouží jako zdroj energie pro syntézu proteinů.
Jednoduchý způsob, jak vytvořit nukleosid, jako je adenosin, je kombinovat adenin s ribózou v přítomnosti NH4OH. Ribóza se váže na jeden z atomů dusíku adeninu, pouze má několik, a pouze dusík v deváté poloze by se měl podílet na syntéze adenosinu. Kromě toho se ukazuje, že tento atom dusíku není příliš reaktivní. To znamená, že pokud je hypotéza světa RNA správná (což je více než pravděpodobné), musí existovat nějaký jiný způsob syntézy adenosinu a guanosinu v primárním bujónu.
V nové studii vědci navrhli jinou cestu pro syntézu purinových nukleosidů, která tento problém řeší a posiluje pozici konceptu světa RNA. Všechno to začíná aminopyrimidinovými molekulami, které se snadno vytvoří ze sloučeniny tak jednoduché jako NH4CN. To se děje tvorbou guanidinu, potom reaguje s aminomalonitrilem, což vede k tvorbě tetraaminopyrimidinové molekuly. Snadno oxiduje v prostředí obsahujícím kyslík, ale zůstává stabilní v atmosféře bez kyslíku, která byla pro Zemi charakteristická před narozením života. Kromě tetraaminopyrimidinu se mohou tvořit další podobné molekuly: triaminopyrimidinon a triaminopyrimidin. Všechny tyto sloučeniny jsou snadno rozpustné ve vodě.
A co je nejdůležitější, pro všechny tři aminopyrimidiny je reaktivní pouze určitý atom dusíku, což řeší problém účasti na reakci jiných atomů, což je charakteristické pro adenin. Okyselené prostředí vede ke skutečnosti, že atomy dusíku v kruhu navazují protony a blokují všechny vnější aminoskupiny, s výjimkou jedné lokalizované v páté poloze. Když se zahřeje směs aminopyrimidinů a kyseliny mravenčí, vytvoří se pouze jedna možná sloučenina - formamidopyrimidin. Výtěžek reakce je 70 až 90 procent.
Formamidopyrimidin, navzdory své podobnosti s puriny, postrádá své nevýhody. Atom dusíku v deváté poloze, jak se ukázalo, je nejreaktivnější a reakce s ribózou v alkalickém prostředí vždy vede ke stejnému výsledku: syntéza uhlíkových koster pro purinové nukleosidy. Je zajímavé, že formamidopyrimidin se aktivně podílí na tvorbě ribózy z glykollaldehydu a glyceraldehydu, což usnadňuje syntézu nukleosidů v amoniakovém prostředí. Obecně se vědcům podařilo objevit cestu pro tvorbu nukleotidových prekurzorů z nejjednodušších derivátů amoniaku. Takové deriváty byly nedávno nalezeny na kometě Churyumov-Gerasimenko, což potvrzuje pohled na aktivní účast komet na zásobování Země veškerým potřebným pro vznik života.
Chemická evoluce však vyvolává mnoho dalších otázek a jejich zodpovězení bude vyžadovat úsilí vědců z celého světa. Úplný obrázek abiogeneze by měl popisovat nejen vznik nukleotidů a dalších organických molekul bez účasti živých organismů, ale také jejich interakci v podmínkách rané Země, interakci, která vedla k vytvoření prvních buněk.
Alexander Enikeev