Жизнь есть способ существования белковых тел (Энгельс). А белки создаёт РНК, которая содержит коды их синтеза и участвует в их сборке. Аминокислоты, из которых состоят белки могут образовываться абиогенно. Нуклеотиды из которых состоят полинуклеотиды и могут образовываться абиогенно. Синтез полинуклеотидов из нуклеотидов так же обычный процесс. А вот сборка белков на полинуклеотидах до настоящего времени была известна только в живых организмах.
В клетках крупные белковые ферменты помогают связывать РНК с аминокислотами. Затем рибосомой, сшивает аминокислоты в белковую цепочку, считывая правильную последовательность с более длинной цепи матричной РНК. Как получился этот процесс абиогенно выяснили Мэтью Паунер, химик из Университетского колледжа Лондона (UCL), Томас Карелл, химик из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана и другие члены этой группы исследователец.
Исследователи утверждают, что им удалось разработать вероятный путь, посредством которого РНК и аминокислоты могли бы соединяться для сборки небольших белков, называемых пептидами, без участия сложных ферментов или рибосомы. Работа, опубликована в журнале Nature.
В основе взаимодействия белка и нуклеиновой кислоты лежит процесс, посредством которого РНК связывает аминокислоты. Аминокислоты естественным образом не связываются в белки. Сначала их необходимо химически активировать. В клетках этот процесс идёт с помощью белковых ферментов, которые заставляют аминокислоты реагировать с молекулой АТФ. Это создаёт форму аминокислоты, которая может химически соединяться с РНК, образуя активированную комбинацию, известную как аминоацил-РНК. Только после этого эти соединения в рибосоме, соединяются в белки отщепляющиеся от РНК.
С 1970-х годов многочисленные группы пытались использовать различные химические стратегии для получения активированных аминоацил-РНК в условиях, имитирующих примитивную среду, подобную той, что существовала на ранней Земле. Но реакции, как правило, работали плохо, если вообще работали, и часто приводили к образованию соединений, нестабильных в воде, что позволяет предположить, что они не обладали достаточной устойчивостью на ранней Земле, говорит Паунер.
В надежде на улучшение результатов Паунер и его коллеги обратились к богатому энергией соединению под названием пантетеин, которое участвует во множестве метаболических реакций в клетках и могло образоваться в озерной воде.
Пантетеин — это органическое вещество, которое входит в состав кофермента А. Он, в свою очередь, играет значимую роль в ряде важных метаболических процессов, характерных для всех живых организмов. Из-за этого считается, что пантетеин входил в состав «первичного бульона» и способствовал развитию жизни на Земле. Однако до сих пор ученым не удавалось смоделировать синтез пантетеина в условиях древней Земли. Стэнли Миллер — автор эксперимента, показавшего возможность синтеза аминокислот и нуклеотидов из простейших молекул, — в 1995 году пытался получить пантетеин из амино- и гидроксикислот. Но для такого синтеза требовалась температура 100 °C и высокие концентрации реагентов, в то время как выход пантетеина был крайне низким.
Британские ученые смогли предложить другой способ синтеза пантетеина, который с большей вероятностью мог быть реализован в условиях древней Земли. В качестве реагентов они использовали аминонитрилы, которые химически родственны аминокислотам и могли получаться из синильной кислоты, представленной в больших количествах на древней Земле. При этом реакция получения пантетеина проходила в водной среде и не требовала высоких концентраций реагентов
В исследовании Мэтью Паунера и его коллег они добавили пантетеин в воду, содержащую аминокислоты. Аминокислоты вступили с ним в реакцию, образовав соединение, известное как аминоацилтиол, готовое к реакции с РНК.
РНК может принимать две формы: одноцепочечную или двухцепочечную молекулярную спираль. Когда Паунер и его коллеги пытались провести реакцию аминоацилтиолов с одноцепочечной РНК, аминокислоты связывались с ней хаотично по всей длине РНК. Но когда команда Паунера использовала двухцепочечную РНК, которая больше похожа на ту, что связывается с аминокислотами в клетках, реакции приводили к образованию активированных аминоацил-РНК со структурами, соответствующими структурам, обычно образуемым ферментами.
Паунер и его коллеги продвинули свой эксперимент ещё дальше. Когда они обогатили свой напиток сероводородом и соединениями, называемыми тиокислотами, аминокислотные фрагменты аминоацил-РНК начали связываться в пептиды, и всё это без участия ферментов или рибосом.
Лейн предупреждает, что новая работа пока позволяет получать пептиды только со случайным расположением аминокислот, в отличие от генетически контролируемого порядка, осуществляемого рибосомами.
Десятилетиями одна группа теоретиков подчёркивала центральную роль РНК, в то время как другая группа, так называемый лагерь «сначала метаболизм», утверждала, что самоподдерживающиеся химические сети должны были появиться до того, как самореплицирующиеся генетические молекулы, такие как РНК, смогли их использовать. Но истина как всегда в практике, а не в теории…