Учёные выяснили, как на безжизненной Земле могли сформироваться первые белки
Появление первых белков и их взаимодействие с РНК на добиотической Земле было ключевым шагом в происхождении и ранней эволюции жизни. Однако как на безжизненной, не так давно сформировавшейся Земле появились эти первые органические полимеры? Похоже, группа исследователей из Японии нашла правдоподобный ответ на эту давнюю загадку зарождения жизни.
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — биополимеры, способные нести генетическую информацию, подобно ДНК, и катализировать биологические реакции, подобно белкам. Взаимодействия между белками и РНК поддерживают основные биологические процессы, включая синтез белков (трансляцию), синтез РНК по ДНК (транскрипцию) и регуляцию экспрессии генов. Зарождение этих взаимодействий было ключевым этапом в происхождении жизни и, как полагают исследователи, произошло в начале так называемого мира РНК или при переходе от мира РНК к системам «ДНК — белок».
И если теории абиогенного (то есть без помощи живых существ) синтеза РНК находят все больше экспериментальных подтверждений, позволяющих получить цепочки длинной в 100-200 звеньев, то для белков не все так просто. Различные аминокислоты — составные звенья белков — могли быть получены как в результате наземного синтеза, так и доставкой астероидом на пребиотическую Землю. Дальнейший синтез пребиотических пептидов (небольших цепочек аминокислот) изучали на протяжении десятилетий с учетом различных геологических условий молодой Земли, включая вулканические геотермальные поля, гидротермальные поля, донные отложения и приливные отмели, а также возможного влияния минералов, солей, ионов и величин pH.
Однако наилучший результат, который смогли получить в лаборатории, ограничивался пептидами, состоящими из 20 аминокислот. Притом что обычно известные сегодня белки, выполняющие какую-либо значительную функцию в клетке, состоят из сотен, а то и десятков тысяч аминокислот. Кроме того, сильнощелочные условия, в которых были получены такие пептиды, несовместимы с синтезом РНК из-за ее низкой стабильности. Да и наличие подобных условий на Земле времен катархея (сразу после ее формирования) крайне сомнительно.
Группа исследователей из Университета Тохоку (Япония) предложила свой механизм абиотического синтеза первых белковых цепочек на молодой Земле. В центре этого механизма — борная кислота и ее соли, способствующие полимеризации аминокислот в цепочки пептидов. Подробное описание своего исследования авторы привели в статье, опубликованной в журнале Communications Chemistry.
Борсодержащие минералы были обнаружены в изобилии в некоторых из древнейших горных пород осадочного происхождения, найденных на Земле: например, в метаосадках возрастом 3,8 миллиарда лет в Гренландии. При этом по изотопному составу бора в этих минералах можно предположить, что растворенные бораты и борная кислота были обогащены в изолированных бассейнах, предположительно, накапливавших и аминокислоты с другими органическими материалами.
Подобные бассейны должны были постепенно испаряться и вновь пополняться водой из глобального океана с растворенными в ней органическими веществами, тем самым накапливая все необходимые составляющие для абиогенного синтеза РНК и белков. Ранее было показано, как бораты и борная кислота способствуют образованию РНК. В новом исследовании японские ученые продемонстрировали, что в присутствии этих же веществ могут спонтанно образовываться полипептиды длиной до 39 аминокислот.
По словам авторов исследования, крайне важно, что все реакции проходят в нейтральной и слабокислой средах, наиболее вероятных для катархейской Земли. Ведь таким образом богатая бором нейтральная испарительная среда послужила бы идеальным местом для образования и взаимодействия между двумя наиболее важными полимерами на пребиотической Земле.
Появление первых белков и их взаимодействие с РНК на добиотической Земле было ключевым шагом в происхождении и ранней эволюции жизни. Однако как на безжизненной, не так давно сформировавшейся Земле появились эти первые органические полимеры? Похоже, группа исследователей из Японии нашла правдоподобный ответ на эту давнюю загадку зарождения жизни.
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — биополимеры, способные нести генетическую информацию, подобно ДНК, и катализировать биологические реакции, подобно белкам. Взаимодействия между белками и РНК поддерживают основные биологические процессы, включая синтез белков (трансляцию), синтез РНК по ДНК (транскрипцию) и регуляцию экспрессии генов. Зарождение этих взаимодействий было ключевым этапом в происхождении жизни и, как полагают исследователи, произошло в начале так называемого мира РНК или при переходе от мира РНК к системам «ДНК — белок».
И если теории абиогенного (то есть без помощи живых существ) синтеза РНК находят все больше экспериментальных подтверждений, позволяющих получить цепочки длинной в 100-200 звеньев, то для белков не все так просто. Различные аминокислоты — составные звенья белков — могли быть получены как в результате наземного синтеза, так и доставкой астероидом на пребиотическую Землю. Дальнейший синтез пребиотических пептидов (небольших цепочек аминокислот) изучали на протяжении десятилетий с учетом различных геологических условий молодой Земли, включая вулканические геотермальные поля, гидротермальные поля, донные отложения и приливные отмели, а также возможного влияния минералов, солей, ионов и величин pH.
Однако наилучший результат, который смогли получить в лаборатории, ограничивался пептидами, состоящими из 20 аминокислот. Притом что обычно известные сегодня белки, выполняющие какую-либо значительную функцию в клетке, состоят из сотен, а то и десятков тысяч аминокислот. Кроме того, сильнощелочные условия, в которых были получены такие пептиды, несовместимы с синтезом РНК из-за ее низкой стабильности. Да и наличие подобных условий на Земле времен катархея (сразу после ее формирования) крайне сомнительно.
Группа исследователей из Университета Тохоку (Япония) предложила свой механизм абиотического синтеза первых белковых цепочек на молодой Земле. В центре этого механизма — борная кислота и ее соли, способствующие полимеризации аминокислот в цепочки пептидов. Подробное описание своего исследования авторы привели в статье, опубликованной в журнале Communications Chemistry.
Борсодержащие минералы были обнаружены в изобилии в некоторых из древнейших горных пород осадочного происхождения, найденных на Земле: например, в метаосадках возрастом 3,8 миллиарда лет в Гренландии. При этом по изотопному составу бора в этих минералах можно предположить, что растворенные бораты и борная кислота были обогащены в изолированных бассейнах, предположительно, накапливавших и аминокислоты с другими органическими материалами.
Подобные бассейны должны были постепенно испаряться и вновь пополняться водой из глобального океана с растворенными в ней органическими веществами, тем самым накапливая все необходимые составляющие для абиогенного синтеза РНК и белков. Ранее было показано, как бораты и борная кислота способствуют образованию РНК. В новом исследовании японские ученые продемонстрировали, что в присутствии этих же веществ могут спонтанно образовываться полипептиды длиной до 39 аминокислот.
По словам авторов исследования, крайне важно, что все реакции проходят в нейтральной и слабокислой средах, наиболее вероятных для катархейской Земли. Ведь таким образом богатая бором нейтральная испарительная среда послужила бы идеальным местом для образования и взаимодействия между двумя наиболее важными полимерами на пребиотической Земле.
