Питання виникнення та розвитку життя здавна цікавило дослідників. Звісно, ми не можемо безпосередньо вивчити унікальний процес, який відбувся у минулому, проте можемо за сукупністю наявних наукових даних побудувати певні моделі, оцінити ймовірності тих чи інших подій, відкинути неможливі опції.

Зараз ми знаємо, що у клітинах найбільш різноманітні функції виконують білкові молекули. Інформація про їх структуру зберігається у молекулах ДНК, а посередником-переносником цієї інформації є молекули РНК. Тривалий час загадкою була відповідь на питання, як же сформувалася така складна багаторівнева система. Адже без білків неможливе зчитування інформації з ДНК та розмноження (копіювання) цієї молекули; водночас, без ДНК не можна синтезувати білок. Наразі вважається, що на ранніх етапах біохімічної еволюції ключова роль належала молекулам РНК – вони подібно до ДНК здатні зберігати інформацію у послідовності нуклеотидів, а також можуть набувати просторових конфігурацій, які забезпечують ферментативну активність. Надалі функції розділилися. ДНК перебрала на себе зберігання інформації, адже її структура краще до цього пристосована (хімічно більш інертна, а дволанцюговість забезпечує існування резервної копії для відновлення в разі часткового пошкодження молекули). Білки ж стали виконувати більшу частину функцій, з яких найважливішою є ферментативна. РНК зв’язують ці дві ланки.

Іншим питанням є виникнення процесу трансляції – синтезу білкових молекул на матриці РНК. Будівельними елементами білків є амінокислоти, яких відомо чимало, але в природі використовуються лише 20 типів. У нещодавньому дослідженні вчені показали можливість спонтанної олігомеризації (формування коротких пептидних фрагментів з амінокислот) без участі ферментів або молекул РНК та за умов середовища, в якому можуть існувати біологічні системи. При цьому виявилося, що саме протеїногенні амінокислоти мали кращу здібність до формування таких ланцюгів у порівнянні із “небілковими” амінокислотами. Ймовірно саме ці суто біохімічні особливості обумовили те, чому до складу природних білків входять лише “обрані” сполуки. В цілому отримані результати роблять більш зрозумілими ранні етапи еволюції життя.

Джерело: Frenkel-Pinter M, Haynes JW, C M, Petrov AS, Burcar BT, Krishnamurthy R, Hud NV, Leman LJ, Williams LD. Selective incorporation of proteinaceous over nonproteinaceous cationic amino acids in model prebiotic oligomerization reactions. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Aug 13;116(33):16338-16346. doi: 10.1073/pnas.1904849116

Рисунок: Doran, D., Rodriguez-Garcia, M., Turk-MacLeod, R., Cooper, G. J. T., & Cronin, L. (2017). A recursive microfluidic platform to explore the emergence of chemical evolution. Beilstein journal of organic chemistry, 13, 1702–1709. https://doi.org/10.3762/bjoc.13.164