Циклическая смена влажности помогла синтезу нуклеозидов в РНК-мире

What Is the RNA World Hypothesis? / Stated Clearly, 2016

Немецкие исследователи предложили оригинальное решение для одной из основных проблем гипотезы РНК-мира — синтеза отдельных элементов РНК. Благодаря чередованию влажных и сухих условий они смогли объединить синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеозидов. Результаты работы по моделированию этих процессов, происходивших на Земле несколько миллиардов лет назад, опубликованы в журнале Science.

Теория РНК-мира предполагает, что РНК играла ключевую роль в появлении жизни на Земле. Она совмещает в себе полезные черты двух других важнейших классов биологических соединений: хранить информацию как ДНК и работать ферментом — как белки. Эта универсальность позволяет молекулам РНК копироваться без посторонней помощи, и в последние десятилетия исследователи получают все больше доказательств в поддержку того, что именно эта молекула и стала первой самореплицирующейся системой, давшей начало всей жизни на земле.

Однако теория РНК-мира не может справиться с некоторыми проблемами. Реконструируя условия тех времен, исследователи показали возможность спонтанного хода большинства необходимых реакций, но долго не могли найти подходящий способ синтеза нуклеозидов. Это базовые блоки РНК, которые состоят из двух частей — сахара-рибозы и азотистого основания пуринового или пиримидинового типа. Если просто смешать эти два соединения, то ничего не произойдет — в мире, в котором еще не появились нормальные ферменты, они неохотно реагируют друг с другом.

За последние десять лет одни исследователи придумали, как могли бы появиться пиримидиновые нуклеозиды, близкие к современным, а другие показали возможность синтеза настоящих пуриновых нуклеозидов. После этого возникла новая проблема: эти два пути синтеза совершенно не «дружили» друг с другом, так что представить их проходящими одновременно в одном «котле» — как это требуется для синтеза древней РНК — оказалось невозможным.

Авторы сценария «пуринового» синтеза, Сидней Бекер (Sidney Becker) и его коллеги из группы Томаса Корелла из Мюнхенского университета предложили альтернативу пиримидиновому синтезу, благодаря которой стал возможным абиотический синтез обоих типов нуклеозидов в одном месте. Для того, чтобы «подружить» между собой два пути синтеза, они проводили их в условиях, в которых циклично менялась влажность: было то сухо, то влажно. Важно то, что подобные циклы вполне могли существовать на доисторической Земле и помимо этого, уже показали свою способность катализировать другие стадии синтеза РНК и пептидов.

Для синтеза пуриновых нуклеозидов в своей предыдущей работе они использовали в качестве промежуточных звеньев формамидопиримидины — «недоделанные» пурины с разомкнутым циклом, который может замыкаться как раз при взаимодействии с сахаром. В новой работе они похоже поступили с пиримидинами — соединили с рибозой молекулу гетероцикличного прекурсора, в результате чего образовался промежуточный нуклеозид, который отсутствует в современной РНК. Привести его в стандартную форму помогло добавление абиотических катализаторов — сероводорода и железа.


Синтез нуклеозидов был одним из самых слабых звеньев в теории РНК-мира, и доказательство возможности их синтеза в абиотических условиях в одном «котле» существенно укрепляет его. О том, как исследователи открывали возможность других стадий, например, заставляли РНК эволюционировать до тех пор, пока она не научалась копировать другие молекулы РНК, можно почитать тут, а об одной из предыдущих попыток объединить синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеозидов — здесь.

Вера Мухина

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.