Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Химики создали способную к протометаболизму систему

Химики из Нидерландов создали произвольно образующуюся в водном растворе систему, способную к саморепликации и протометаболизму. Под действием света красители, связанные со структурными единицами растущих волокон, катализировали реакции саморепликации и роста волокон. Результаты исследования опубликованы в Nature Chemistry.

Для разгадки тайны возникновения жизни на Земле ученые пытаются создать искусственные химические системы, которые бы обладали важнейшими признаками живого: самокопированием, обменом веществ и компартментализацией (сохранение расположения компонентов системы близко друг к другу). Метаболизм, в частности, играет важнейшую роль в развитии от простых самовоспроизводящихся систем к сложным, напоминающим живые. Обмен веществ помогает репликаторам использовать больше ресурсов, а также быстрее и стабильнее расти.

Возможность создания репликационных систем с метаболизмом уже изучали теоретически, но экспериментальных знаний пока недостаточно. Сложность их создания заключается в том, что такие системы должны катализировать как реакции самокопирования, так и реакции, связанные с обменом веществ. 

Гильермо Сантьяго Монреаль (Guillermo Monreal Santiago) с коллегами из Гронингенского университета создали саморепликатор, способный спонтанно образовываться из сложной смеси и экспоненциально расти под действием света. Репликатор представлял собой макроцикл из шести органических молекул — структурных единиц, которые при окислении связывались друг с другом дисульфидными мостиками. Множество репликаторов могли самоорганизовываться в волокна, причем даже при низких концентрациях.

Чтобы система проявляла поведение, подобное метаболизму живых существ, авторы снабдили репликаторы участками, поглощающими свет. Под действием энергии фотонов, с помощью этих органических участков, аналогичных кофакторам в биохимических процессах, макроциклы могли синтезировать прекурсоры для реакций самовоспроизведения. 

В качестве фотоактивного кофактора применяли хромофоры: бенгальский розовый и тетрафенилпорфирин. Краситель с репликатором образовывали химическую связь, и возбуждение такой макромолекулы энергией света приводило к образованию синглетного кислорода, окислявшего тиольные группы реагентов для образования новых макроциклов репликатора.

Данные химического анализа подтвердили, что основной реакцией (с выходом более 90 процентов) при воздействии света на систему является окисление тиольных групп с образованием макроциклов, которые затем по автокаталитическим реакциям присоединялись к имеющимся структурам, их наращивая. Даже при долгом воздействии света авторы могли наблюдать фотокаталитические реакции, что свидетельствует о незначительном выцветании красителей.

По словам авторов, поведение разработанной системы нельзя назвать метаболизмом, так как энергия не запасается и не расходуется на несамопроизвольные реакции. Тем не менее, они считают, что возможность возникновения такого протометаболизма является важной вехой в исследованиях происхождения жизни. Помимо этого, подобные фотокаталитические системы могут быть полезны и в областях химии, где необходим контроль скорости реакции, так как она зависит от интенсивности падающего света.

Около года назад британские ученые сообщили об удачном синтезе пептидов из простых молекул, которые возможно уже были на Земле до появления жизни. А математическое моделирование позволило предположить другой группе ученых о том, что рибонуклеиновые кислоты образовывались на нашей планете в мелких теплых водоемах на ее поверхности.

Алина Кротова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.