Jedan od glavnih znanstvenih problema na kojem rade znanstvenici širom svijeta je podrijetlo života na Zemlji. Tijekom proteklih desetljeća u ovom su području postignuti mnogi uspjesi, na primjer, razvijen je koncept svijeta RNA. Međutim, još uvijek nije poznato kako su točno nastale molekule koje su služile kao prvi "građevni blokovi" života. Časopis Science objavio je članak koji odgovara na možda najvažnije pitanje: odakle potječu nukleotidi koji čine RNA. "Lenta.ru" otkriva detalje studije i govori o njezinu značenju.
Prema modernim znanstvenim konceptima, život je nastao od organskih spojeva koji su međusobno reagirali stvarajući ključne molekule - nukleozide. Za nukleozid se zna da nastaje putem šećerne riboze ili deoksiriboze i jedne od pet dušičnih baza: adenina, gvanina, timina, citozina ili uracila. Nukleozidi su prekursori nukleotida od kojih se, sa svoje strane, sastoje DNK i RNA. Da bi se nukleozid pretvorio u nukleotid, potrebna je dodatna komponenta - ostaci fosforne kiseline.
Zašto nukleozidi dolaze do izražaja? Na ovo pitanje odgovara znanstveni koncept poznat kao hipoteza svijeta RNA, koji vjeruje da je upravo RNA stajala u izvorima života. Molekule ribonukleinske kiseline bile su prve koje su u primarnom juhu izvršile katalizu kemijskih reakcija, naučile kopirati sebe i jedna drugu i, što je najvažnije, nose nasljedne podatke. Te RNK nazivaju se ribozimima. Ako je bilo koja RNA molekula imala sposobnost sintetiziranja vlastitih kopija, tada se to svojstvo prenosilo s generacije na generaciju. Kopiranje je ponekad bilo popraćeno pogreškama, uslijed kojih su nove RNK stekle mutacije.
Mutacije mogu ozbiljno naštetiti katalitičkim svojstvima molekula, ali također bi mogle mijenjati RNA, dajući joj nove sposobnosti. Na primjer, znanstvenici su otkrili da neke mutacije ubrzavaju proces kopiranja, a promijenjeni ribozimi nakon nekog vremena počinju dominirati nad "normalnim". Molekularni biolozi predvođeni Brianom Pegelom iz Istraživačkog instituta Scripps u Kaliforniji, promatrali su kako se enzimska aktivnost ribocime povećala 90 puta tijekom trodnevne evolucije u laboratoriju. Stoga, čak i ako ribozimi u početku nisu bili vrlo aktivni, molekularna evolucija ih je mogla pretvoriti u idealne katalitičke strojeve.
Ipak, hipoteza svijeta RNA nailazi na brojne poteškoće. Na primjer, nije poznato kako bi abiogena, to jest bez sudjelovanja živih organizama, mogla doći do sinteze prvih ribozima. Iako je nađeno mnogo argumenata u korist RNA svijeta, ključno pitanje - kako je do toga došlo - ostaje kamen spoticanja.
Neki znanstvenici sugeriraju da kemijski spojevi iz kojih su nastali nukleozidi nisu mogli nastati u zemaljskim uvjetima, već su na planetu dovedeni iz svemira. Ipak, vrijedi napomenuti da je problem povezan s nukleozidima purina - adenosinom i gvanozinom, koji sadrže adenin i gvanin. Za molekule pirimidina koji sadrže citozin, timin ili uracil, poznati su putevi sinteze koji bi mogli postojati u izvoru života. Domino-slične kemijske reakcije dovode do stvaranja velikih količina potrebnih pirimidina.
Promotivni video:
Znanstvenici su predložili mogući put za stvaranje purinskih nukleozida, ali on može dovesti do pojave mnogih drugih spojeva, među kojima bi potrebni nukleozidi bili samo mali dio. Jednostavno brisanje purina neće uspjeti jer nisu samo sastavni sastojci RNK i DNK, već formiraju i adenozin trifosfat (ATP), koji sudjeluje u metabolizmu energije i tvari u tijelu, i guanozin trifosfat, koji služi kao izvor energije za sintezu proteina.
Jednostavan način stvaranja nukleozida poput adenozina je kombiniranje adenina i riboze u prisutnosti NH4OH. Riboza se veže za jedan od atoma dušičnog atoma, samo ih ima nekoliko, a samo dušik u devetom položaju trebao bi sudjelovati u sintezi adenozina. Uz to, ispada da ovaj dušikov atom nije baš reaktivan. To znači da ako je hipoteza svijeta RNA tačna (što je više nego vjerovatno), mora postojati neki drugi način sintetizacije adenozina i gvanozina u primarnom juhu.
U novoj studiji znanstvenici su predložili drugačiji put za sintezu purinskih nukleozida koji rješavaju problem i jačaju poziciju u konceptu svijeta RNA. Sve započinje molekulama aminopirimidina, koje se lako formiraju od spoja jednostavnog poput NH4CN. To se događa stvaranjem gvanidina, a zatim reagira s aminomalonitrilom, što rezultira stvaranjem molekule tetraaminopirimidina. Lako oksidira u okolišu koji sadrži kisik, ali ostaje stabilan u atmosferi bez kisika koja je bila karakteristična za Zemlju prije rođenja života. Pored tetraaminopirimidina mogu se formirati i druge slične molekule: triaminopirimidinon i triaminopirimidin. Svi su ovi spojevi lako topljivi u vodi.
Najvažnije je da za sva tri aminopirimidina djeluje samo određeni dušikov atom, što rješava problem sudjelovanja u reakciji drugih atoma, što je karakteristično za adenin. Zakiseljeno okruženje dovodi do činjenice da dušikovi atomi u prstenu vežu protone i blokiraju sve vanjske amino skupine, osim one koja se nalazi na petom položaju. Kada se zagrijava mješavina aminopirimidina i mravlje kiseline, nastaje samo jedan mogući spoj - formamidopirimidin. Prinos reakcije je 70 do 90 posto.
Formamidopirimidin, usprkos svojoj sličnosti s purinima, lišava nedostataka. Kao što se pokazalo, dušikov atom na devetom je mjestu najaktivniji, a reakcija s ribozom u alkalnom mediju uvijek dovodi do istog rezultata: sinteza ugljikovih kostura za purinske nukleozide. Zanimljivo je da formamidopirimidin aktivno sudjeluje u stvaranju riboze iz glikolaldehida i gliceraldehida, olakšavajući sintezu nukleozida u amonijaku. Općenito, znanstvenici su uspjeli otkriti put za stvaranje nukleotidnih prekursora iz najjednostavnijih derivata amonijaka. Takvi su derivati nedavno pronađeni na kometi Churyumov-Gerasimenko, što potvrđuje stajalište o aktivnom sudjelovanju kometa u opskrbljivanju Zemlje svim potrebnim za nastanak života.
Međutim, kemijska evolucija postavlja mnogo više pitanja, a kako biste odgovorili na njih, zahtijevat će napori istraživača širom svijeta. Kompletna slika abiogeneze trebala bi opisati ne samo nastanak nukleotida i drugih organskih molekula bez sudjelovanja živih organizama, već i njihovu interakciju u uvjetima rane Zemlje, interakciju koja je dovela do formiranja prvih stanica.
Aleksandar Enikeev