Жизнь, какой мы ее знаем, возникла примерно 3,5-4 миллиарда лет назад в форме пребиотического («до жизни») супа органических молекул, которые каким-то образом начали воспроизводить себя и передавать генетическую формулу. По крайней мере, таково мнение, лежащее в основе Мира РНК, одной из самых надежных гипотез происхождения жизни.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре нашли доказательства того, что аминокислота аргинин (или ее пребиотический мировой эквивалент) могла быть более важным ингредиентом в этом супе, чем считалось ранее.
«Люди склонны думать, что аргинин не является пребиотиком», - говорит Айрин Чен, биофизик, чьи исследования сосредоточены на химическом происхождении жизни. «Они склонны считать правдоподобными более простые аминокислоты, такие как глицин и аланин». Аргинин, напротив, относительно более сложен, поэтому считалось, что он появился на более позднем этапе.
Первичная Земля, согласно теории Мира РНК, имела условия для размещения нескольких типов биомолекул, в том числе нуклеиновых кислот (которые становятся генетическим материалом), аминокислот (которые в конечном итоге связываются с образованием белков, отвечающих за структуру и функции клеток) и липиды (которые хранят энергию и защищают клетки). При каких обстоятельствах и как эти биомолекулы работали вместе, является источником продолжающихся исследований для исследователей происхождения жизни.
Для своего исследования ученые UCSB проанализировали набор данных о комплексах белков и аптамеров, полученных in vitro (короткие молекулы РНК и ДНК, которые связываются со специфическими белками-мишенями).
«Мы искали интерфейс, для которого свойства благоприятствовали связыванию», - сказала Селия Бланко, научный сотрудник Chen Lab и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Current Biology. Она указала, что эволюция in vitro была важным фактором при выборе этих эволюционно независимых комплексов, чтобы избежать смешанных эффектов, возникающих в результате биологической эволюции, и точно имитировать условия добиотического мира.
«В биологии так много ограничений», - сказал Чен, который также является врачом. «Биологически эволюционировавшие взаимодействия белок-ДНК или белок-РНК должны работать внутри клетки; это не совсем так для происхождения жизни».
Исследователи обнаружили, что аргинин участвует во многих химических взаимодействиях между белками и аптамерами.
«Конечно, мы ожидали, что она будет очень важна для электростатических взаимодействий, потому что она заряжена положительно, - сказал Чен, - но она также была доминирующей аминокислотой для гидрофобных взаимодействий, стэкинг-взаимодействий и других различных способов взаимодействия». что другие аминокислоты более известны. В меньшей степени лизин (еще одна положительно заряженная аминокислота) также играл значительную роль в этих взаимодействиях.
Среди других причин, аргинин, возможно, был упущен из виду, потому что это относительно трудная для синтеза аминокислота.
«Обычно люди основывают свое мнение о том, что является пребиотиком, а что нет, на основе экспериментов», - сказал Бланко. «И используя то, что люди считают пребиотическими условиями, аргинин и лизин, по-видимому, трудно синтезировать или обнаружить». Но только потому, что что-то вроде аргинина не было произведено в лабораторных экспериментах, проведенных до сих пор, продолжил Бланко, не означает, что этого не было.
Исследователи осторожно отмечают, что, хотя аминокислота, которую мы называем аргинином, оказалась важной во взаимодействиях связывания аптамера с белком, которые они исследовали, миллиарды лет назад биомолекула, возможно, не обязательно была сегодняшним аргинином, но, возможно, положительно заряженный первичный эквивалент.
Это развитие проливает больше света на то, что могло быть идеальными условиями для возникновения жизни. Существует множество гипотез - от комет до гидротермальных жерл и других сред - которые могли быть благоприятными для возможной эволюции клеток, а также несколько знаковых экспериментов, которые поддерживают идею мира РНК.
«Если бы мы обнаружили, что глицин действительно важен для взаимодействия РНК с белком - а глицин присутствует повсюду - тогда это не помогло бы определить правдоподобные условия», - сказал Чен. «Но открытие того, что аргинин был важен, ограничивает тип сценариев, которые могли привести к возникновению генетического кода».