Az egyik fő tudományos probléma, amellyel a tudósok világszerte dolgoznak, a földi élet eredete. Az elmúlt évtizedekben számos sikert sikerült elérni ezen a területen, például kidolgozták az RNS-világ koncepcióját. Még mindig nem ismert, hogy pontosan hogyan alakultak ki azok a molekulák, amelyek az élet első „építőkövei” voltak. A Science folyóirat egy cikket tett közzé, amely talán a legfontosabb kérdésre válaszol: honnan származtak az RNS-t alkotó nukleotidok. A "Lenta.ru" feltárja a tanulmány részleteit, és tárgyalja annak jelentését.
A modern tudományos koncepciók szerint az élet olyan szerves vegyületekből származik, amelyek reagáltak egymással, hogy kulcsmolekulákat - nukleozidokat képezzenek. A nukleozidról ismert, hogy a cukor-ribóz vagy a dezoxiribóz, valamint az öt nitrogénbázis egyikéből áll: adenin, guanin, timin, citozin vagy uracil. A nukleozidok a nukleotidok prekurzorai, amelyekből viszont a DNS és az RNS áll. Ahhoz, hogy egy nukleozid nukleotiddé alakuljon, kiegészítő komponensre van szükség - foszforsavmaradványokra.
Miért kerülnek előtérbe a nukleozidok? Erre a kérdésre egy olyan tudományos koncepció válaszol, amelyet az RNS-világ hipotéziseként ismert, amely szerint az RNS állt az élet eredetén. A ribonukleinsavak molekulái voltak az elsők, akik elvégezték a kémiai reakciókat az elsődleges táptalajon, megtanultak önmagukat és egymást lemásolni, és ami a legfontosabb, örökletes információt hordoznak. Ezeket az RNS-ket ribozimoknak nevezzük. Ha bármelyik RNS-molekula képes volt a saját példányainak szintetizálására, akkor ezt a tulajdonságot generációról generációra adták át. A másolást néha hibák kísérték, amelyek eredményeként az új RNS-ek mutációkat szereztek.
A mutációk súlyosan károsíthatják a molekulák katalitikus tulajdonságait, de megváltoztathatják az RNS-t, új képességeket adva. Például a tudósok úgy találták, hogy egyes mutációk felgyorsítják az önmásoló folyamatot, és a megváltozott ribozimek egy idő után elkezdik dominálni a "normál" helyett. A molekuláris biológusok, Brian Pegel vezetésével, a kaliforniai Scripps Kutatóintézetből, megfigyelték, hogy a ribozimek enzimatikus aktivitása a laboratóriumi evolúció három napja során 90-szeresére növekedett. Ezért még akkor is, ha a ribozimok kezdetben nem voltak túl aktívak, a molekuláris evolúció ideális katalitikus gépekké változtathatja őket.
Ennek ellenére az RNS-világ hipotézise számos nehézségbe ütközik. Például nem ismert, hogy az abiogenikus, azaz élő szervezetek részvétele nélkül előfordulhat az első ribozimek szintézise. Noha számos érvet találtak az RNS-világ mellett, a kulcskérdés - hogyan jött létre - továbbra is megbotlik.
Egyes tudósok szerint a kémiai vegyületek, amelyekből a nukleozidok képződtek, nem keletkezhetnek földi körülmények között, hanem az űrből hozták őket a bolygóra. Érdemes megjegyezni, hogy a probléma purin nukleozidokkal - az adenozinnal és guanozinnal - kapcsolatos, amelyek adenint és guanint tartalmaznak. Citozint, timint vagy uracilot tartalmazó pirimidin-molekulák esetében ismertek olyan szintézis útvonalak, amelyek létezhetnek az élet kezdetén. A dominó-szerű kémiai reakciók nagy mennyiségekben előállítják a szükséges pirimidineket.
Promóciós videó:
A tudósok javasolták a purin-nukleozidok képződésének lehetséges módját, de ez számos más vegyület megjelenéséhez vezethet, amelyek között a szükséges nukleozidok csak kis része lenne. A purinek tisztítása nem fog működni, mivel nemcsak az RNS és a DNS szerves részei, hanem adenozin-trifoszfátot (ATP) képeznek, amely részt vesz a test energia és anyagcseréjében, valamint guanozin-trifoszfátot, amely energiaforrásként szolgál a fehérje szintéziséhez.
Az adenozinhoz hasonló nukleozidok előállításának egyszerű módja az adenin és ribóz kombinálása NH4OH jelenlétében. A Ribose az egyik adenin-nitrogénatomhoz kapcsolódik, csak közülük többük van, és csak a kilencedik helyzetben lévő nitrogénnek kell részt vennie az adenozin szintézisében. Ezen felül kiderül, hogy ez a nitrogénatom nem túl reakcióképes. Ez azt jelenti, hogy ha az RNS-világ hipotézise helyes (ami több mint valószínű), akkor az adenozin és a guanozin szintézisének az elsődleges táptalajban más módon történő szintézisének módjára is szükség van.
Egy új tanulmányban a tudósok más módszert javasoltak a purin-nukleozidok szintéziséhez, amely megoldja a problémát és megerősíti az RNS-világ fogalmának helyzetét. Az egész aminopirimidin molekulákkal kezdődik, amelyek könnyen előállíthatók olyan egyszerű vegyületből, mint az NH4CN. Ez a guanidin képződésén keresztül történik, majd az aminomalonitrillel reagál, így egy tetraaminopirimidin molekula képződik. Könnyen oxidálódik egy oxigéntartalmú környezetben, de stabil marad az oxigénmentes légkörben, amely a Földre az élet születése előtt volt jellemző. A tetraaminopirimidin mellett más hasonló molekulák is előállíthatók: triaminopirimidinone és triaminopyrimidin. Ezek a vegyületek vízben könnyen oldódnak.
A legfontosabb, hogy mindhárom aminopirimidin esetében csak egy bizonyos nitrogénatom reaktív, és ez megoldja a többi atom reakciójában való részvétel problémáját, amely az adeninre jellemző. A savasodott környezet ahhoz vezet, hogy a gyűrűben lévő nitrogénatomok protoneket kapcsolnak és blokkolják az összes külső aminocsoportot, kivéve az ötödik helyzetben elhelyezkedő csoportokat. Az aminopirimidinek és a hangyasav keverékének melegítésekor csak egy lehetséges vegyület képződik - a formamidopirimidin. A reakció hozama 70-90%.
A formamidopirimidinnek a purinokkal való hasonlósága ellenére nincs hátránya. Mint kiderült, a kilencedik helyzetben lévő nitrogénatom a legreagálóbb, és a lúgos közegben végzett ribóz-reakció mindig ugyanazt az eredményt eredményezi: szénvázak szintézise purin nukleozidokra. Érdekes, hogy a formamidopirimidin aktívan részt vesz a riboz képződésében glikolaldehidből és gliceráldehidből, megkönnyítve a nukleozidok szintézisét ammónia környezetben. Általában a tudósoknak sikerült felfedezni a nukleotid prekurzorok kialakulásának útját a legegyszerűbb ammóniaszármazékokból. Ilyen származékokat nemrég találtak a Churyumov-Gerasimenko üstökösön, amely megerősíti azt a nézetet, hogy a üstökösök aktívan részt vesznek a Föld ellátásában az élet kialakításához szükséges mindennel.
A kémiai evolúció azonban még sok kérdést felvet, és ezek megválaszolására a világ minden részén található kutatók erőfeszítései szükségesek. Az abiogenezis teljes képének nemcsak a nukleotidok és más szerves molekulák megjelenését kell leírnia az élő szervezetek részvétele nélkül, hanem azok kölcsönhatásait is a korai Föld körülményei között, az elsődleges sejtek kialakulásához vezető kölcsönhatást.
Alexander Enikeev