Vědci znovu vytvořili klíčový krok, který mohl před čtyřmi miliardami let uvést do pohybu.
Ukázáním jak aminokyselinystavební bloky proteinů by se mohly spontánně spojit RNA Za raných podmínek Země vědci odhalili potenciální chybějící spojení v původech biologie.
Origins of Life’s Building Blocks
Vědci na UCL zjistili, jak dvě základní ingredience života, RNA (ribonukleická kyselina) a aminokyseliny, mohly se přirozeně spojit asi před čtyřmi miliardami let na úsvitu života.
Aminokyseliny jsou základní složky proteinů, které působí jako motory života a řídí téměř každou biologickou funkci. Proteiny se však nemohou zkopírovat ani generovat pokyny pro svou vlastní produkci. Tyto pokyny pocházejí z RNA, molekuly úzce souvisí DNA (deoxyribonukleová kyselina).
Proteiny, RNA a plán života
Ve zjištěních zveřejněných v PřírodaTým úspěšně připojil aminokyseliny k RNA za podmínek podobných těm, které by mohly existovat na rané zemině. Vědci se toho pokoušejí dosáhnout od počátku 70. let bez úspěchu až dosud.
Profesor Matthew Powner, vedoucí autor z oddělení chemie UCL, vysvětlil: „Život se spoléhá na schopnost syntetizovat proteiny – jsou klíčové funkční molekuly života. Porozumění původu syntézy proteinů je zásadní pro pochopení toho, odkud život pochází.
„Naše studie je velkým krokem k tomuto cíli a ukazuje, jak by RNA mohla poprvé přijít ke kontrole syntézy proteinů.
Směrem k pochopení syntézy proteinů
„Život dnes používá nesmírně složitý molekulární stroj, ribozom, k syntetizaci proteinů. Tento stroj vyžaduje chemické pokyny napsané v Messenger RNA, která nese sekvenci genu z buněčné DNA do ribozomu. Ribosom, jako je tovární sestavová linka, čte tuto RNA a propojení dohromady, aby vytvořil protein.
„První část tohoto komplexního procesu jsme dosáhli pomocí velmi jednoduché chemie ve vodě při neutrálním pH propojení aminokyselin s RNA. Chemie je spontánní, selektivní a mohla se vyskytnout na rané zemi.“
Jednoduchá chemie s velkými důsledky
Předchozí pokusy připojit aminokyseliny k RNA používaly vysoce reaktivní molekuly, ale ty se zhroutily ve vodě a způsobily, že aminokyseliny navzájem reagují, spíše než se spojí s RNA.
Pro novou studii se vědci inspirovali biologií a pomocí jemnější metody přeměnili aminokyseliny životních do reaktivní formy. Tato aktivace zahrnovala thioester, vysoce energetická chemická sloučenina důležitá v mnoha biochemických procesech života a která již byla teoretizována, aby hrála roli na začátku života.(1)
Profesor Powner řekl: „Naše studie spojuje dvě prominentní teorie původu života-„ RNA svět “, kde se navrhuje, aby se samorealitující RNA byla zásadní, a„ thioesterový svět “, ve kterém jsou thiosteři považováni za zdroj energie pro nejranější formy života.“
Přemostění konkurenčních teorií původu
Pro vytvoření těchto thioesterů reagují aminokyseliny s sloučeninou nesoucí síru nazývanou pantheine. V loňském roce stejný tým zveřejnil příspěvek, který prokazuje, že panthethein lze syntetizovat za časných pozemských podmínek, což naznačuje, že bude pravděpodobně hrát roli v původu života.
Dalším krokem, jak vědci uvedli, bylo zjistit, jak by se sekvence RNA mohly vázat na specifické aminokyseliny, což umožňuje RNA zahájit kódovací pokyny pro syntézu proteinů – původ genetického kódu.
„Existuje mnoho problémů, které je třeba překonat, než můžeme plně objasnit původ života, ale nejnáročnější a vzrušující zůstává původ syntézy proteinů,“ řekl profesor Powner.
Hlavní autor Dr. Jyoti Singh z UCL Chemistry řekl: „Představte si den, kdy by chemici mohli brát jednoduché, malé molekuly, sestávající z uhlíku, dusíku, vodíku, kyslíku a atomů síry a atomy síry a atomy síry a atomy síry a atomy síry a atomy síry a atomy síry, a z těchto legových kusů tvoří molekuly molekul schopných sebe sama.
„Naše studie nás přibližuje k tomuto cíli tím, že demonstruje, jak by dva pravěké chemické lego (aktivované aminokyseliny a RNA) mohly postavit peptidy,(2) Krátké řetězce aminokyselin, které jsou pro život nezbytné.
„Obzvláště průlomové je, že aktivovaná aminokyselina používaná v této studii je thioester, typ molekuly vyrobené z koenzymu A, chemikálie nalezená ve všech živých buňkách. Tento objev by mohl potenciálně propojit metabolismus, genetický kód a budování proteinů.“
Zatímco článek se zaměřuje pouze na chemii, výzkumný tým uvedl, že reakce, které prokázaly, by se mohly věrohodně odehrávat v bazénech nebo jezerech vody na rané zemině (ale není pravděpodobné v oceánech, protože koncentrace chemikálií by pravděpodobně byly příliš zředěny).
Reakce jsou příliš malé na to, aby bylo možné vidět pomocí mikroskopu viditelného světla a byly sledovány pomocí řady technik, které se používají k prozkoumání struktury molekul, včetně několika typů zobrazování magnetické rezonance (což ukazuje, jak jsou atomy uspořádány) a hmotnostní spektrometrií (což ukazuje velikost molekul).
Poznámky
- Laureát Nobelovy laureát Christian de Duve navrhl, že život začal „thioesterovým světem“-teorií metabolismu-první, která předpokládá život, byla zahájena chemickými reakcemi poháněnými energií v thioesterech.
- Peptidy se obvykle skládají ze dvou až 50 aminokyselin, zatímco proteiny jsou větší, často obsahují stovky nebo dokonce tisíce aminokyselin a jsou složeny do 3D tvaru. V rámci své studie výzkumný tým ukázal, jak, jakmile byly aminokyseliny naneseny na RNA, mohly být syntetizovány s jinými aminokyselinami za vzniku peptidů.
Reference: „Aminoacylace zprostředkovaná thioesterem a syntéza peptidyl-rNA ve vodě“ od Jyoti Singh, Benjamin Thoma, Daniel Whitaker, Max Satterly Webley, Yuan Yao a Matthew W. Powner, 27. srpna 2025, 27. srpna 2025, 27. srpna 2025, 27. srpna 2025 Příroda.
Doi: 10.1038/s41586-025-09388-y
Práce byla financována Radou pro výzkum inženýrství a fyzických věd (EPSRC), Simons Foundation a Královská společnost.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
