Химики нашли универсальный путь возникновения самых первых РНК

Ученые из Университетского колледжа Лондона и Гарвардского университета описали универсальный способ синтеза первых рибонуклеотидов — компонентов, из которых состоят молекулы РНК. Предложенная схема предполагает синтез как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеотидов из одного предшественника в сходных условиях, что хорошо согласуется с требованиями гипотез о зарождении жизни на Земле. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

химики нашли универсальный путь возникновения самых первых РНК
Молекула 5S рибосомной РНК

Среди ученых, занимающихся проблемами возникновения жизни на Земле, популярна гипотеза о «мире РНК», согласно которой первыми биологическими полимерами были молекулы рибонуклеиновой кислоты. Последние, в отличие от молекул ДНК, способны не только кодировать и воспроизводить информацию, но и осуществлять ферментативные реакции без участия белков. Как ДНК, так и РНК состоят из мономеров — нуклеотидов, представляющих собой комплексы из азотистого основания, сахара и фосфата (без фосфата эти соединения называются нуклеозидами). Азотистые основания могут быть производными пурина — это аденин и гуанин, либо пиримидина — это цитозин и урацил, если речь идет о РНК.

Чтобы убедительно показать, что образование цепочек РНК было возможно несколько миллиардов лет назад, химикам необходимо воспроизвести синтез рибонуклеотидов из простых органических молекул в условиях, предположительно характерных для того времени. Если для пиримидиновых нуклеотидов такой способ синтеза уже был продемонстрирован, то пуриновые нуклеотиды до сих пор не поддавались ученым.

Как синтез самих азотистых оснований, так и их гликозилирование (т.е. присоединение сахарного остатка) идет плохо и с низким выходом, к тому же, условия их синтеза не совпадают с таковыми для пиримидинов. Чтобы преодолеть упомянутые затруднения, коллектив химиков предложил оригинальный способ синтеза пуриновых рибонуклеозидов не по отдельности из азотистого основания и сахарного остатка, а сразу на сахаро-азотном остове молекулы-предшественника (присоединение фосфата к нуклеозиду в подобных экспериментах не представляет проблемы). Кроме того, из этого предшественника можно в сходных условиях синтезировать и пиримидиновые нуклеозиды.

химики нашли универсальный путь возникновения самых первых РНК
Схема, иллюстрирующая образование строительных блоков РНК из одного предшественника

На первой стадии синтеза исследователи собрали из относительно простых органических молекул фуранозил-оксазолиновый скелет с присоединенным к нему атомом серы. На второй стадии серу заместили на аминогруппу, обработав соединение аммиаком, в результате чего получили предшественник пиримидинового нуклеозида. Обработав первичный скелет более сложным амином, представляющим из себя тример HCN, исследователи получили предшественник 8-оксо-пуринового нуклеозида. Через еще одну стадию синтеза молекулы были фосфорилированы с образованием рибонуклеотидов цитозина и урацила, однако вместо аденина и гуанина были получены похожие на них 8-оксо-аденин и 8-оксо-инозин.

Авторы работы предполагают, что именно 8-оксо-пурины входили в состав ранних РНК, так как они вполне позволяют точно копировать информацию, но при этом обладают более устойчивой связью между азотистым основанием и сахарным остатком. Кроме того, при образовании комплементарных пар с участием 8-оксо-пуринов температура их плавления ниже, чем у традиционных пар аденин-урацил и гуанин-цитозин, что могло бы облегчить процесс копирования молекул на заре «мира РНК». Несмотря на это, ученые в настоящее время исследуют, как восстановить оксо-пурины до традиционных пуринов, чтобы дополнить схему синтеза.

Автор: Дарья Спасская

Ссылка на источник