Животът се нуждае от протеини за почти всичко, от възстановяването на клетките до имунната защита. Учените отдавна се питат как са се образували първите протеини, преди клетките да са имали сложни механизми. Ново проучване съобщава за проста, щадяща водата реакция, която свързва ранните съставки с първите стъпки към производството на протеини.

Проектът е ръководен от проф. Матю Паунър от University College London (UCL), химик, чиято лаборатория изследва пребиотичната химия.

„Във функционалното ядро ​​на живота има сложно и неразривно взаимодействие между нуклеиновите киселини и протеините, но произходът на тази връзка остава загадка“, пишат изследователите.

Екипът показа, че РНК – молекула, която съхранява и пренася генетична информация и може да катализира реакции – може да се свърже химически с аминокиселини.

Тези малки молекули изграждат протеини, а свързването се осъществява при меки условия във вода.

Изследователите променили аминокиселините в по-реактивна форма, която задържа допълнителна енергия, след което свързали тези енергизирани аминокиселини с РНК на специфично място в молекулата, без да са необходими ензими.

Реакцията предпочитала края на двойноверижна РНК пред вътрешните позиции, което избягва произволна химия, която би объркала последователностите. Експертите също така съобщили за високи добиви за няколко аминокиселини, включително аргинин, свързан с аденозин, до 76 процента.

Тиолът е съединение, съдържащо сяра, често срещано в метаболизма, а тиоестерите, получени от тиоли, захранват много реакции в съвременните клетки.

Използването на тиоестери има химичен смисъл за ранната Земя, защото те реагират във вода, без да се разпадат бързо, което помага за стимулиране на химията, свързана с протеините.

По-ранни изследвания от същата общност показват, че пантетеинът, активният фрагмент на коензим А, който образува много биологични тиоестери днес, може да се образува при пребиотични условия във вода.

Това проучване подкрепя идеята, че същите видове химия на сярата са съществували преди началото на живота. Този нов резултат свързва тази богата на енергия химия с обработката на аминокиселините от РНК. Той свързва реакции, подобни на метаболизма, с носителите на информация, което е точно мостът, от който се нуждаят изследванията за произхода на живота.

Екипът откри превключвател, който контролира две различни стъпки. В първата стъпка тиоестерите благоприятстват свързването на аминокиселината с РНК, създавайки аминоацилна РНК във вода при неутрално pH.

Във втората стъпка, превръщането в тиокиселини и добавянето на лек окислител стимулират образуването на пептидна връзка, което води до пептидилна РНК с много високи добиви. Пептидите са къси вериги от аминокиселини, обикновено с дължина от две до 50 единици, докато по-големите сгънати вериги са протеини.

Създаването на пептидилна РНК показва, че свързаните с РНК аминокиселини могат да бъдат удължени в къси вериги, което е необходима стъпка към протеиноподобна функция.

„Революционното е, че активираната аминокиселина, използвана в това изследване, е тиоестер, вид молекула, направена от коензим А, химикал, който се намира във всички живи клетки“, казва д-р Джоти Сингх от UCL Chemistry. „Това откритие би могло потенциално да свърже метаболизма, генетичния код и изграждането на протеини.“

Химичният процес работи във вода с почти неутрално pH, което сочи към басейни, езера или влажни брегове, а не към открития океан. Концентрациите биха били по-високи в малки водни басейни, а минералите биха могли да помогнат за организирането на молекулите. Циклите на замразяване и концентриране също помагат. Изследователите са наблюдавали ефективно аминоацилиране при евтектични ледени условия близо до -1°C.

В тази среда ледът изключва солта и концентрира разтворените вещества в саламури, което ускорява реакциите без агресивни реагенти.

„Изглежда доста вероятно тази реакция да е протичала на ранната Земя“, обяснява проф. Паунър. Тази оценка отразява изискванията за мекота и съвместимостта на химичния процес с водата.

Съвременните клетки произвеждат протеини с помощта на рибозома, рибонуклеопротеинова машина, която чете информационната РНК и свързва аминокиселините с помощта на трансферни РНК. Новата химия предоставя начин РНК да обработва аминокиселини без протеини, което облекчава проблема за кокошката и яйцето.

По-ранно проучване предложи свят на РНК пептиди, в който РНК и къси пептиди са еволюирали заедно, образувайки химерични молекули, които могат да растат и да избират функции. Настоящият резултат показва вероятен начин РНК да придобива и разширява аминокиселини във вода.

Генетичният код е набор от правила, които свързват триплетите на РНК с аминокиселините.

Като предпочита свързване в краищата на РНК и действа под дуплексен контрол, тази химия подсказва как специфичното за последователността сдвояване по-късно може да се превърне в кодирана инструкция.

Изследователите посочват необходимостта от предпочитания за последователност, които сдвояват специфични РНК последователности с конкретни аминокиселини. Това би преминало от химия, която зарежда РНК, към химия, която започва да кодира.

Успехът в това би показал как ранната РНК би могла да използва прости правила, за да формира пептидни последователности, като по-късно еволюцията би изградила напълно развит рибозом и съвременния код.

Снимка: Unsplash

Виж още: Тайната съставка за живота на Земята навярно е дошла отвън след сблъсък с друга планета