Хіміки з Німеччини показали, як міг проходити синтез пептидів до виникнення життя на Землі. Вони з'ясували, що на фрагментах транспортних РНК з неканонічними азотистими підставами, що містять залишки амінокислот, можуть виходити пептиди без участі рибосом. Дослідження опубліковано в журналі.
Молекули РНК - зберігачі генетичної інформації в живих організмах. Вони складаються з нуклеотидів, які містять азотисті підстави - аденін (A), урацил (U), гуанін (G) і цитозин (C). На основі генетичного коду, який зберігають молекули РНК, відбувається біосинтез білків. При цьому для біосинтезу необхідна рибосома, саме з її допомогою утворюються пептидні зв'язки між амінокислотами, а в результаті виходить білок.
Оскільки за рахунок зчитування інформації з РНК відбувається біосинтез білка, багато біологів вважають, що молекули РНК існували до появи білків і каталізували синтез складних органічних молекул у пребіотичних умовах (гіпотеза світу РНК). Але як саме молекули РНК могли прискорювати синтез білків і пептидів, вченим досі невідомо.
Хіміки під керівництвом Томаса Карелла (Thomas Carell) з Мюнхенського університету Людвіга і Максиміліана знайшли один з можливих механізмів цього процесу. Їм було відомо, що до складу молекул транспортних РНК, крім чотирьох основних азотистих підстав, можуть входити кілька неканонічних підстав. Причому деякі з них містять залишки амінокислот. Тому вчені припустили, що з цих амінокислотних залишків у пребіотичних умовах могли виходити пептиди.
Щоб перевірити свою гіпотезу, хіміки синтезували два комплементарних набори ланцюгів тРНК, що містять неканонічні азотисті підстави. В одному з наборів неканонічні нуклеотиди містили фрагменти амінокислот з вільною карбоксильною групою, а в іншому - вільну аміногрупу. Коли вчені змішали два комплементарні ланцюги тРНК з двох наборів у водному розчині, між ними утворилися водневі зв'язки, а фрагменти амінокислот стали ближче один до одного.
Потім хіміки додали в суміш карбодіімід - активатор карбоксильної групи - і між двома амінокислотними фрагментами утворився пептидний зв'язок. В результаті подальшого нагрівання розчину при температурі 90 градусів Цельсія стався гідроліз, а фрагмент амінокислоти опинився на комплементарному ланцюгу тРНК. Таким чином вчені з'ясували, що комплементарні РНК з неканонічними підставами можуть передавати один одному амінокислотні фрагменти з утворенням пептидів.
Коли хіміки спробували провести цей же ланцюжок перетворень кілька разів, їм вдалося отримати поліпептид. Але реакція працювала не завжди, а тільки у випадку, якщо вихідні РНК містили як мінімум три нуклеотиди і були комплементарні. Цікаво, що в звичайному біосинтезі білків на рибосомах кожну амінокислоту також кодують три нуклеотиди РНК.
В результаті хіміки показали, що поліпептидні ланцюжки можуть утворюватися за участю тРНК без рибосом. При цьому синтез контролюється комплементарністю молекул тРНК, як і в разі звичайного біосинтезу на рибосомі. Реакції освіти пептидного зв'язку протікали з виходом близько 50 відсотків, а вихід реакції гідролізу в більшості випадків не перевищував 10 відсотків: при нагріванні до 90 градусів частина ланцюгів тРНК руйнувалася.
Раніше ми вже розповідали про те, як молекули РНК могли каталізувати інші хімічні реакції до виникнення життя на Землі.