Схема левосторонней и правосторонней версий аминокислоты изовалина, найденной в Мерчисонском метеорите. Кредит: НАСА
Тайна того, почему жизнь использует молекулы с определенной ориентацией, стала еще глубже после открытия того, что РНК — ключевая молекула, которая, как считается, потенциально содержала инструкции для жизни до появления ДНК — может способствовать созданию строительных блоков белков либо в левой, либо в левой руке. правосторонняя ориентация. Разгадка этой загадки может дать ключ к разгадке происхождения жизни. Результаты представлены в исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Communications.
Белки — это «рабочие лошадки» жизни, используемые во всем: от таких структур, как волосы, до ферментов (катализаторов, которые ускоряют или регулируют химические реакции). Точно так же, как 26 букв алфавита располагаются в безграничных комбинациях, образуя слова, жизнь использует 20 различных строительных блоков аминокислот в огромном разнообразии компоновок для создания миллионов различных белков.
Некоторые молекулы аминокислот могут быть построены двумя способами: существуют зеркальные версии, например, ваши руки, и в жизни используется левосторонняя разновидность этих аминокислот. Хотя жизнь, основанная на правосторонних аминокислотах, по-видимому, могла бы работать нормально, два зеркальных отражения редко смешиваются в биологии — такая характеристика жизни называется гомохиральностью. Для ученых остается загадкой, почему жизнь предпочла левостороннюю разновидность правосторонней.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, содержащая инструкции по построению и функционированию живого организма. Однако ДНК сложна и специализирована; он «подрядчик» выполняет работу по чтению инструкций для молекул РНК (рибонуклеиновой кислоты) и построению белков для молекул рибосом.
Специализация и сложность ДНК заставляют ученых думать, что миллиарды лет назад на ранней стадии эволюции жизни ей должно было предшествовать что-то более простое. Ведущим кандидатом на эту роль является РНК, которая может хранить генетическую информацию и строить белки. Гипотеза о том, что РНК могла предшествовать ДНК, называется гипотезой «мира РНК».
Если предположение о мире РНК верно, то, возможно, что-то в РНК заставило ее отдавать предпочтение созданию левосторонних белков, а не правосторонних. Однако новая работа не подтвердила эту идею, углубив загадку того, почему жизнь протекает с левосторонними белками.
В ходе эксперимента были проверены молекулы РНК, которые действуют как ферменты для построения белков, называемых рибозимами. «Эксперимент продемонстрировал, что рибозимы могут отдавать предпочтение как левосторонним, так и правосторонним аминокислотам, что указывает на то, что миры РНК в целом не обязательно будут иметь сильное предубеждение в отношении формы аминокислот, которую мы наблюдаем сейчас в биологии», — сказала Ирен Чен, из инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), автор-корреспондент статьи.
В ходе эксперимента исследователи смоделировали то, что могло быть ранним земным состоянием мира РНК. Они инкубировали раствор, содержащий рибозимы и предшественники аминокислот, чтобы увидеть относительные проценты правосторонней и левосторонней аминокислоты фенилаланина, которые он поможет производить.
Они протестировали 15 различных комбинаций рибозимов и обнаружили, что рибозимы могут отдавать предпочтение как левосторонним, так и правосторонним аминокислотам. Это позволило предположить, что РНК изначально не имела предрасположенной химической предрасположенности к одной форме аминокислот. Такое отсутствие предпочтений бросает вызов представлению о том, что в раннем возрасте люди были предрасположены к выбору левосторонних аминокислот, которые доминируют в современных белках.
«Результаты показывают, что возможная гомохиральность жизни, возможно, не является результатом химического детерминизма, а могла возникнуть в результате более позднего эволюционного давления», — сказал соавтор Альберто Васкес-Салазар, постдокторант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и член исследовательской группы Чена.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса с более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Пребиотическая история Земли лежит за пределами древнейшей части летописи окаменелостей, которая была стерта тектоникой плит — медленным перемешиванием земной коры. За это время планета, вероятно, подверглась бомбардировке астероидов, которые, возможно, доставили некоторые строительные блоки жизни, такие как аминокислоты. Параллельно с химическими экспериментами другие исследователи происхождения жизни изучали молекулярные доказательства на метеоритах и астероидах.
«Понимание химических свойств жизни помогает нам знать, на что обращать внимание в поисках жизни по всей Солнечной системе», — сказал соавтор Джейсон Дворкин, старший научный сотрудник по астробиологии в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и директор Аналитическая лаборатория астробиологии Годдарда.
Дворкин — научный сотрудник миссии НАСА OSIRIS-REx, которая в прошлом году извлекла образцы с астероида Бенну и доставила их на Землю для дальнейшего изучения.
«Мы анализируем образцы OSIRIS-REx на предмет хиральности (направленности) отдельных аминокислот, а в будущем образцы с Марса также будут тестироваться в лабораториях на предмет наличия жизни, включая рибозимы и белки», — сказал Дворкин.
Информация от: Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.
