Открыто: как РНК, аминокислоты могли связаться на ранней земле

Жизнь зависит от партнерства между РНКкоторый хранит инструкции и белкикоторые выполняют работу по строительству и бегущим клеткам. Но как началось это партнерство, давно озадачено учеными. Чтобы сделать белок, составляющие аминокислоты должны быть связаны в порядке, кодируемом РНК. Сегодня сложная биологическая машина, называемая рибосомой, обрабатывает эту задачу, но только после того, как каждая аминокислота сначала «загружена» на адаптер РНК. Уловка состоит в том, что ферменты, ответственные за эту загрузку, сами являются белками, создавая головоломку с курицей и яйцом, которая на протяжении десятилетий заинтриговала химиков.

Новый изучать в Природа Предлагает представление о том, как эта загадка могла быть решена. Исследователи из Университетского колледжа Лондона обнаружили, что простые молекулы, называемые аминоацил -тиолами, могут связывать аминокислоты с РНК без ферментов.

Думайте об аминокислотах как о шариках и РНК как нити. Сегодня в клетках ферменты действуют как квалифицированные руки, чтобы связать их вместе. Команда показала, что в правильных условиях с аминоацилтиолами бусины могут прикрепляться к нити в простой воде, как на ранней земле.

Более поразительно, что эта химия аминоацил-тиол способствует РНК по сравнению с другими, более реактивными молекулами, что является неожиданной селективностью, которая поразила химиков.

«Примечательно, что РНК, которая является относительно нереактивной, подвергается аминоацилированию в воде, несмотря на наличие более реактивных видов», – сказал Том Шеппард, химик из UCL, не участвующий в исследовании.

Он добавил, что химия кажется надежной во многих аминокислотах и достаточно проста, чтобы другие лаборатории могли воспроизводить ее. Предоставляя РНК четкое химическое преимущество, аминоацил -тиолы могли проложить путь к первым этапам синтеза белка.

Для ученых, которые изучают начало жизни, это открытие – это более чем умная химия: это прорыв, который связывает два строительных блока жизни вместе в условиях, которые могли существовать миллиарды лет назад.

«Предыдущие исследования часто смотрели либо на то, как могут образовываться пептиды (цепи аминокислот), либо как могут образовываться нуклеотиды, но редко они могут взаимодействовать», – сказал Шеппард. «Что делает эту работу значимой, так это то, что она показывает, что РНК и аминокислоты разговаривают друг с другом напрямую, без какого -либо посредника».

«Это открывает множество захватывающих направлений, чтобы исследовать происхождение и эволюцию белкового перевода», – сказал Мэтью Паунер, который возглавлял работу.

Селективность и сюрпризы

Что поразило исследователей больше всего, так это не только то, что реакция сработала, но и показала такую странную точность. Аминокислоты, фиксированные в РНК, заканчивается таким образом, что отражает то, как жизнь делает по сей день.

ПАНЕР сказал, что реакционная способность была сердцем открытия: «Если бы мне пришлось выбрать только одну вещь, которая была самой поразительной, это была бы неожиданная реактивность между аминоацилтиолами и РНК, которая привела к беспрецедентной селективности при нейтральном pH».

Шеппард указал на еще один интересный аспект. Когда -то считалось, что тиоэфиры являются простыми предшественниками пептидов, но исследование показало, что они не умеют делать пептиды напрямую. «Вместо этого, – сказал он, – они, возможно, сыграли другую роль: направляя аминокислоты на РНК».

Еще более интригующе, команда обнаружила, что простой химический переключатель может разделить две ключевые этапы современного синтеза белка. С тиоэфирами аминокислоты преимущественно прикрепляются к РНК. Но когда те же самые молекулы превращаются в тиоциды, химия переворачивается, в пользу образования пептидных связей. Это означает, что два этапа строительства белка-РНК-зарядка и пептидное связывание-могут быть выполнены в одном и том же растворе, но в различных химических способах активации.

Команда на этом не остановилась. Они также исследовали, откуда могли бы прийти эти аминоацил -тиоли. Их эксперименты предположили, что они могут образовываться из простых предшественников, таких как нитрилы и тиолы, даже в холодных условиях, которые концентрировали ингредиенты и ускорили реакции. Это подразумевает, что химия, связывающая аминокислоты с РНК, может не потребовать редких условий: она могла развернуться в прудах или замороженных бассейнах молодой земли.

И Паунер, и Шеппард согласились, что эта химия является лишь отправной точкой. ПептидыСделано до сих пор очень короткие, и выяснить, как их расширить, будет следующей проблемой.

«Можно представить постепенную эволюцию сложности в реакции аминоациалирования, – сказал Шеппард, -« приводя к увеличению уровня контроля по РНК по сравнению с пептидами, которые могут быть образованы, и, следовательно, к развитию примитивного кодированного синтеза пептидов ».

Anirban Mukhopadhyay – генетик от обучения и научного коммуникатора из Дели.