Ранее мы рассказывали, что у истоков возникновения жизни на Земле существовал так называемый мир РНК. Ученые предполагают, что составляющие РНК могли быть занесены на нашу планету с метеоритами. Напомним, что рибонуклеиновые кислоты способны хранить информацию и копировать ее, то есть они могут самовоспроизводиться. При этом в процессе копирования возможны мутации, которые могут быть как вредными, так и полезными. Причем в отличие от ДНК, РНК может самовоспроизводиться самостоятельно, без помощи белков-ферментов. Но остается открытым вопрос, как возникли белки? Ведь информация о белках закодирована в ДНК, но в мире РНК дезоксирибонуклеиновой кислоты еще не было. Ответ на этот вопрос дали сотрудники Мюнхенского университета.

Ученые выяснили как РНК могли синтезировать первые белки

Как синтезируются белки в клетках

Как мы уже рассказывали, РНК состоит из пяти азотистых оснований, или генетических букв — аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г), цитозина (Ц) и урацила (У). Однако иногда РНК содержит химические модификации тех или иных букв. В частности, в таком виде они содержатся в цепях нуклеиновых кислот в рибосомах.

Напомним, что рибосомы представляют собой настоящие заводы в клетках живых организмов, которые синтезируют белок. Вообще рибосомы представляют собой очень сложный механизм, однако в их основе лежат РНК, которые содержат множество рибосомных белков.

Рибосомы — заводы в живых клетках, которые синтезируют белки

Для создания новых белков рибосомы берут информацию из матричной РНК, или мРНК. Они буквально “сканируют” мРНК, чтобы считать последовательность букв, кодирующих белок. Но одной лишь информации для создания белка недостаточно. Еще требуется материал, из которого они синтезируются. Таким материалом служат аминокислоты. Их доставляют в рибосомы транспортные РНК, или тРНК.

В результате процесс синтеза белка выглядит следующим образом — тРНК с определенной аминокислотой соприкасается с участком мРНК. Если рибосома выявляет нужную тРНК с подходящей ей аминокислотой, она использует последнюю в белковой цепи. Важную роль в этом процессе играют модифицированнные буквы, которые способствуют стабильному взаимодействию между тРНК и мРНК.

Как на Земле могли появиться белки

Мы рассмотрели как синтезируются белки в рибосомах. Но как они могли возникнуть до появления рибосом? Ранее ученые выяснили, что РНК с модификациями могут быть синтезированы из неорганического материала. Кроме того, известно, что модифицированные буквы способны соединяться с аминокислотами.

Теперь же, в новом исследовании, опубликованном в издании Nature, ученые показали как модифицированные РНК способны сами по себе создавать небольшие белки из аминокислот. Для этого авторы работы синтезировали РНК с модифицированными буквами и поместили в раствор с аминокислотами.

Первые пептиды могли быть созданы РНК без помощи белков

Созданные искусственно РНК получились небольшими и парными. Что это означает? Некоторые генетические буквы способны соединяться друг с другом водородными связями. К примеру, аденин может соединиться с тимином либо урацилом. Гуанин может быть соединен с цитозином. Такие пары называют комплементарными друг другу.

В результате две нуклеиновые кислоты либо даже два участка одной РНК могут соединиться друг с другом, если этому способствует последовательность букв. Такие РНК принято называть комплиментарными друг другу.

В своей работе ученые использовали одну РНК с модифицированной буквой А на конце, а вторую — с модифицированной буквой У. Когда две РНК соединялись, буквы А и У оказались рядом друг с другом. При этом аминокислота перешла с буквы-донора А на букву-акцептор У.

Затем ученые стали греть молекулы, в результате чего РНК разошлись. Но когда молекулы стали остывать, они опять сблизились. При этом с РНК-акцептором соединилась РНК-донор, которая на букве А содержала новую аминокислоту. Последняя в итоге также перешла на букву-акцептор. В результате буква А содержала уже две аминокислоты. Таким образом количество аминокислот на букве можно было довести до пятнадцати. Таким образом возникает небольшой пептид (белок, образованный аминокислотами) даже без рибосомы, а только путем взаимодействия двух РНК.

Генетический код мог возникнуть в результате взаимодействия РНК и белков

Как возник сложный генетический код

Из всего вышесказанного следует, что РНК, находящиеся в одном растворе с аминокислотами, вполне могли соединять их в пептиды. Причем белки, образовавшиеся на модифицированных буквах, укрепляли связь между взаимодействующими РНК. Другими словами, нуклеиновые кислоты могли создавать белки, а те, в свою очередь, направили развитие РНК по определенному пути. К примеру, могли помочь нарастить им длину.

Конечно, это еще не генетический код, однако со временем могли возникнуть определенные РНК с характерной последовательностью букв, которые синтезировали белки с определенным аминокислотным составом. Постепенно эти молекулы развивались, что привело к появлению сложных ферментативных механизмов и настоящего генетического кода.

Конечно, РНК, синтезирующие белки, и даже ДНК — это еще не жизнь. По мнению некоторых ученых жизнь могла возникнуть из гибрида молекул ДНК и РНК. О том, как это происходило, можно узнать здесь.