Белки необходимы для почти всех процессов жизни — от восстановления клеток до работы иммунной системы. Но как они возникли, остается загадкой. Новое исследование под руководством профессора Мэтью Паунера (Университетский колледж Лондона) обнаруживает простую реакцию, которая могла запустить первые шаги к образованию белков.
Ученые показали, что РНК, отвечающая за хранение и передачу генетической информации, способна связываться с аминокислотами — строительными блоками белков — в определеных условиях в воде, без участия ферментов.
Аминокислоты переводились в более реактивную форму, после чего присоединялись к концам двойной спирали РНК. Такой механизм предотвращал случайные ошибки и обеспечивал высокие выходы нескольких аминокислот, включая аргинин, связанный с аденозином, — до 76%.
Ключевую роль сыграла сера. Тиол — это серосодержащее соединение, часто встречающееся в обмене веществ живых организмов, тиоэфиры, полученные из тиолов, обеспечивают многие реакции в современных клетках. Соединения на основе тиоэфиров оказались способными запускать образование связей между аминокислотами и РНК. Этот процесс напоминал работу современных биохимических систем, где кофермент А — молекула, встречающаяся во всех живых клетках — участвует в образовании тиоэфиров.
Команда обнаружила своеобразный «переключатель»: на первом этапе тиоэфиры способствовали образованию аминоацильной РНК, а на втором — при мягком окислении запускали формирование пептидных связей. Так получались короткие цепочки — пептиды, необходимые для эволюции белков.
Важно, что реакции шли в воде при нейтральном pH — в условиях, похожих на небольшие пруды или берега древних озер, а также в замерзающем льду, где концентрация веществ увеличивается. Эти «мягкие» сценарии делают гипотезу особенно правдоподобной.
Сегодня белки синтезируются в рибосомах при участии транспортных РНК. Новое исследование показывает возможный путь появления их предшественников — когда РНК сама могла обрабатывать аминокислоты и создавать пептидные цепи. Такой «мир РНК-пептидов» объясняет, как могла зародиться система генетического кодирования, а затем — современная рибосома.
Результаты опубликованы в журнале Nature и связывают воедино метаболизм, генетический код и первые шаги к построению белков — ключевому элементу жизни.
