Video
Aminokiseline su osnovni gradivni blokovi proteina, ključnih molekula neophodnih za gotovo sve biološke procese. Međutim, proteini se ne mogu sami replicirati niti proizvoditi – za to su im potrebna uputstva koja obezbjeđuje RNK, bliski hemijski srodnik DNK (dezoksiribonukleinske kiseline).
U novoj studiji, objavljenoj u časopisu Nature, istraživači su hemijski povezali aminokiseline sa RNK u uslovima koji su mogli postojati na ranoj Zemlji – što je postignuće koje naučnicima nije pošlo za rukom još od ranih 1970-ih godina.
Glavni autor, profesor Metju Pauer sa Odsjeka za hemiju Londonskog univerzitetskog koledža, ističe da je objašnjavanje sinteze proteina ključno za razumijevanje nastanka života.
„Naša studija predstavlja veliki korak ka tom cilju, jer pokazuje kako je RNK možda prvi put preuzela kontrolu nad sintezom proteina“, kaže Pauer.
„Današnji oblici života koriste izuzetno složen molekulski aparat – ribozom – za sintezu proteina. Ovaj aparat zahtijeva hemijska uputstva zapisana u informacionoj RNK, koja prenosi sekvencu gena iz DNK ćelije do ribozoma. Ribozom potom, kao fabrika sa pokretnom trakom, čita RNK i povezuje aminokiseline jednu po jednu kako bi stvorio protein. Mi smo postigli prvi dio tog složenog procesa, koristeći vrlo jednostavnu hemiju u vodi neutralne pH vrijednosti da povežemo aminokiseline sa RNK. Reakcija je spontana, selektivna i mogla je da se desi na ranoj Zemlji“, dodao je naučnik.
Objedinjene dvije istaknute hipoteze o porijeklu života
Raniji pokušaji da se aminokiseline povežu sa RNK oslanjali su se na visoko reaktivne molekule, ali oni su se razlagali u vodi i izazivali međusobne reakcije aminokiselina, umjesto da se one vežu za RNK.
Za novu studiju istraživači su inspiraciju potražili u prirodi, koristeći blažu metodu da pretvore aminokiseline u reaktivni oblik. Ova aktivacija uključivala je tioestar – hemijsko jedinjenje visoke energije koje je važno u mnogim biohemijskim procesima života i za koje se već pretpostavljalo da je igralo ulogu na početku života.
Prema riječima profesora Pauera, studija ujedinjuje dvije istaknute hipoteze o porijeklu života – „svijet RNK“, u kojem se samoreplikaciona RNK smatra osnovom, i „svijet tioestara“, u kojem se tioestri vide kao izvor energije za najranije oblike života.
Da bi se formirali tioestri, aminokiseline reaguju sa jedinjenjem koje sadrži sumpor, zvanim pantetein. Ista istraživačka grupa prošle godine je pokazala da se pantetein može sintetisati u uslovima sličnim onima na ranoj Zemlji, što sugeriše da je vjerovatno imao ulogu u nastanku života.
Sledeći korak, kažu istraživači, jeste da se ustanovi kako RNK sekvence mogu vezivati specifične aminokiseline, tako da RNK može početi da kodira uputstva za sintezu proteina – što bi predstavljalo porijeklo genetskog koda.
„Postoji mnogo problema koje treba prevazići prije nego što u potpunosti razjasnimo porijeklo života, ali najizazovniji i najuzbudljiviji ostaje porijeklo sinteze proteina“, rekao je profesor Pauer.
Kao Lego kockice
Glavna autorka, dr Đoti Sing sa Odsjeka za hemiju Londonskog univerzitetskog koledža, izjavila je: „Zamislite dan kada hemičari budu mogli da uzmu jednostavne, male molekule sastavljene od atoma ugljenika, azota, vodonika, kiseonika i sumpora, i od tih Lego kockica formiraju molekule sposobne za samoreplikaciju. To bi bio ogroman korak ka rješavanju pitanja porijekla života.“
Dr Sing ističe da ih je studija približila tom cilju, jer pokazuje kako su dva praiskonska hemijska „Lego elementa“ (aktivirane aminokiseline i RNK) mogla izgraditi peptide – kratke lance aminokiselina koji su neophodni za život.
Ono što je posebno revolucionarno jeste da je aktivirana aminokiselina korišćena u ovoj studiji upravo tioestar, tip molekula koji nastaje iz Koenzima A, hemijskog jedinjenja prisutnog u svim živim ćelijama.
„Ovo otkriće bi moglo potencijalno povezati metabolizam, genetski kod i izgradnju proteina“, zaključuje naučnica.
Iako se rad bavi isključivo hemijom, istraživači ističu da su reakcije koje su demonstrirali vjerovatno mogle da se odvijaju u barama ili jezerima sa vodom na ranoj Zemlji (ali vjerovatno ne u okeanima, gdje bi koncentracije hemikalija bile previše razblažene).
Preporučeno
Reakcije su premale da bi se vidjele mikroskopom koji koristi vidljivu svjetlost, pa su praćene pomoću različitih tehnika za ispitivanje strukture molekula, uključujući više vrsta magnetne rezonance (koja pokazuje raspored atoma) i masene spektrometrije (koja otkriva veličinu molekula).
