Блог Чувака

Увидел статью уважаемого биолога Александра Маркова о достижениях его коллеги Джона Сазерленда (John Sutherland) и его группы из Манчестерского университета (Великобритания) в работе, проливающей свет на добиологическое присхождение первых молекул РНК на Земле. До этого момента, все опыты по такому синтезу оканчивались неудачей, что давало обширную пищу как для любителей поговорить о Божественном происхождении человека, так и для сторонников всяческих внеземных версий зарождения жизни (типа- инопланетяне привезли.. а откуда сами инопланетяне зародились- почемуто не рассматриваеццо).

Привожу выдержки из статьи доктора Макарова:

Проблема состоит в том, что химикам до сих пор не удалось подобрать реалистичные условия, в которых из азотистых оснований, рибозы и фосфорной кислоты сами собой синтезировались бы рибонуклеотиды — «строительные блоки», из которых затем может образоваться молекула РНК. И азотистые основания, и рибоза могут формироваться самопроизвольно из простейших ингредиентов в условиях, которые могли существовать на древней Земле и даже в космосе, в протопланетном облаке. Но вот объединяться вместе, чтобы образовать рибонуклеотид, они в этих условиях наотрез отказываются. Точнее говоря, пуриновые нуклеотиды (аденозин А, гуанозин Г) синтезируются, но с низкой эффективностью, а пиримидиновые (уридин У, цитидин Ц) не синтезируются совсем. Кроме того, очень трудно получить рибозу и «правильные» азотистые основания в достаточно чистом виде. Обычно образуется чудовищная смесь всевозможных сахаров или азотистых соединений, в которой «нужные» вещества составляют лишь незначительный процент. В ходе дальнейших самопроизвольных реакций все эти вещества соединяются друг с другом тысячами разных способов, и обычно всё кончается образованием нерастворимых смол, из которых уже почти невозможно получить что-то путное.
Джон Сазерленд (John Sutherland) и его коллеги из Манчестерского университета (Великобритания) нашли «обходной путь», позволяющий синтезировать рибонуклеотиды не из готовых крупных блоков — рибозы и азотистых оснований — а из более простых органических молекул. Мы тогда сообщили, что Сазерленд и его коллеги готовят к публикации статью, в которой будут разрешены основные проблемы синтеза РНК из простейшей органики. В последнем номере журнала Nature эта статья наконец вышла, и теперь мы можем узнать, что же придумали британские химики.

В основе их открытия лежат три замечательные находки. Первая состоит в том, что они догадались сразу добавить в реакционную смесь фосфорную кислоту (неорганический фосфат). До сих пор все исходили из естественного допущения, что фосфат нужен только на последней стадии синтеза рибонуклеотида, когда фосфат присоединяется к рибозе, которая до этого уже присоединилась к азотистому основанию. Однако оказалось, что фосфат необходим и на ранних стадиях процесса. Его присутствие резко снижает выход разнообразных «ненужных» веществ в ходе реакций и повышает выход «нужных». Вторая находка состоит в том, что исследователи с самого начала поместили в реакционную смесь и вещества, основанные на углероде и кислороде (простейшие углеводы), и азотистые соединения. До сих пор с этими двумя классами веществ работали по отдельности, пытаясь из первых синтезировать сахара, а из вторых — азотистые основания. Смешивать их в одну кучу с самого начала считалось бесперспективным, так как это резко повышает химическую «комбинаторику», то есть разнообразие получаемых продуктов, и без того слишком большое. Но фосфат резко снижает эту комбинаторику, и в результате из исходной смеси эффективно синтезируются в большом количестве ключевые промежуточные продукты, не являющиеся ни сахарами, ни азотистыми основаниями. Все вещества исходной смеси вполне могли существовать на ранней Земле.

Следующая реакция обычно ведет к образованию множества побочных продуктов, однако присутствие фосфата снова оказывается спасительным, резко повышая выход «нужного» вещества- арабинозо-амино-оксазолина.

На следующем этапе вещество реагирует с цианоацетиленом. В обычном водном растворе эта реакция сопровождается временным повышением pH, в результате чего промежуточные продукты гидролизуются, цианоацетилен начинает реагировать с гидроксильными группами, и в итоге получается смесь «ненужных» продуктов, от которых нельзя проложить путь к рибонуклеотидам. Однако и в этом случае на помощь приходит фосфат: он играет роль буфера, в его присутствии pH не повышается, и «вредный» гидролиз резко замедляется. Более того, избыток цианоацетилена начинает реагировать не с гидроксильными группами «полезных» промежуточных продуктов, а с фосфатом, и в результате выход нужного вещества  арабинозо-ангидронуклеозида из практически никакого становится очень высоким. Таким образом, в данном случае фосфат выполняет сразу две полезные функции, выступая в роли стабилизатора кислотности и «химического буфера».

Теперь до настоящего активированного рибонуклеотида, пригодного для синтеза РНК, остался один шаг  Вещество  нужно фосфорилировать, чтобы оно превратилось в активированный рибонуклеотид Ц (бета-рибоцитидин-2’,3’-циклофосфат).

Как выяснилось, для этого реакционную смесь нужно только немного подогреть, а всё необходимое в ней уже имеется. Роль ключевого катализатора реакции фосфорилирования берет на себя, как ни странно, мочевина, которая образуется сама собой из излишков цианамида, изначально присутствовавшего в смеси. Наличие мочевины открывает для фосфорилирования сразу два возможных пути. В первом случае может использоваться непосредственно фосфат (для этого в смеси должно присутствовать еще одно простое вещество — формамид). Во втором случае в ход идет пирофосфат, который образуется сам собой из тех веществ, что образовались ранее в ходе реакции фосфата с цианоацетиленом. И в этом случае формамид уже не нужен.

Открытый авторами путь абиогенного синтеза цитидина поражает своим изяществом. Особенно впечатляет неоднократное использование побочных продуктов, получающихся на предыдущих этапах пути, в качестве необходимых помощников на следующих этапах.

Но это еще не всё. Вместе с «правильным» нуклеотидом Ц в ходе последней реакции получается и ряд других, «неправильных» нуклеозидов и нуклеотидов, которые мешают дальнейшему синтезу «правильных» молекул РНК. Авторы стали искать способ избавиться от этих побочных продуктов. Кроме того, они надеялись получить из цитидина еще и второй пиримидиновый нуклеотид — уридин (У).

То, что они в итоге обнаружили, слегка похоже на чудо. Оказалось, что обе цели достигаются одной простой мерой — ультрафиолетовым облучением, которого, конечно, на древней Земле было вдоволь, поскольку озоновый слой отсутствовал. Под воздействием ультрафиолета все «лишние» нуклеотиды постепенно разрушаются, а цитидин остается, и часть его превращается в уридин. В отличие от всех остальных пиримидиновых нуклеотидов, Ц и У оказались устойчивы к ультрафиолету. Не правда ли, это очень похоже на четкий и простой ответ на вопрос о том, почему из всех возможных пиримидиновых нуклеотидов в состав РНК вошли именно Ц и У?

Есть ряд дополнительных химических нюансов, делающих открытие британских химиков еще более замечательным. Например, ключевое промежуточное соединение 2-амино-оксазол способно к «самоочищению» и накоплению в высоких концентрациях благодаря своей повышенной летучести. Днем, под жаркими лучами солнца, оно могло испаряться из водоемов, а ночью или где-нибудь в горах — конденсироваться, выпадая в виде «органического снега». Так могли создаваться большие запасы этого вещества, готовые к дальнейшим этапам превращения в РНК.

Таким образом, некоторая вуаль таинственности происхождения жизни на Земле приспускается еще на несколько сантиметров. С одной стороны- немного грустно. Но с другой- это замечательно- наука движется вперед.

Подробно о вышеописанном вы можете прочесть тут:   elementy.ru/news?newsid=431082

Сайт Александра Маркова:   macroevolution.narod.ru/author.htm