РНК и ионы железа: новое открытие о начале жизни на Земле

Автор: Артём Космарский

Как на Земле произошел переход от безжизненного и бескислородного состояния к сегодняшнему, где изобилует и кислород, и органика? Ученые из Технологического института Джорджии нашли один из важных элементов головоломки: железо и РНК. Исследователи смогли воссоздатьусловия жизни на Земле три миллиарда лет назад и «оживили» функцию РНК (рибонуклеиновой кислоты), которая «ушла в тень» после воцарения ДНК.

Жизнь, как мы знаем, зависит от четкого взаимодействия ДНК – двойной спирали молекул, хранящей генетический код – с РНК и белками. Но многие ученые (в том числе Френсис Крик, соавтор открытия ДНК) предположили, что первая жизнь на планете опиралась лишь на РНК. Многие годы это был «спор о курице и яйце».

Сторонников теории «первичности РНК» особенно интригуют рибозимы - молекулы РНК, обладающие ферментативной активностью (как правило, свойством автокатализа). РНК-катализаторы назвали открыли в 1980-е годы и назвали рибозимами по аналогии с ферментами («enzyme» по-английский). Благодаря этому открытию РНК перестали воспринимать лишь как временную копию ДНК, выступающую в качестве «курьера» для генетического кода. Таинственное изменение формы и сложная роль РНК еще больше усилили любопытство ученых по поводу ее эволюции.

Вероятно, рибозимы указывают на архаический процесс, который когда-то был главным источником жизни на Земле. Ученые из ТИД в прошлом году предположили, что РНК катализировала химические процессы с помощью ионов железа в бескислородной среде. Сейчас, в нашем «кислородном мире», эту роль играют ионы магния.

При взаимодействии РНК (двух наиболее распространенных и древних типов – рибосомной РНК 23S и транспортной РНК) с ионами магния (Mg2+ ) в искусственно созданной бескислородной среде реакции переноса электрона не возникало. А вот с ионами железа (Fe2+) молекулы РНК вступили во взаимодействие и катализировали реакцию переноса электрона – ключевую реакцию для многих метаболических процессов.

«Наше исследование показало, что, когда РНК связывается с железом в бескислородной среде, она показывает сильную способность катализировать одноэлектронный перенос – Этот процесс важен для многих сложных биохимических реакций, но, мы считали раньше, РНК на него не способна», - утверждает Лорен Уильямс (Loren Williams), биохимик из ТИД.

Далее в истории Земли, когда фотосинтез начала наполнять атмосферу кислородом, железо на планете стали окисляться и становится токсичным для жизни – и поэтому в реакциях РНК вместе него стал использоваться магний.

Это открытие может также указать на возможные механизмы возникновения жизни на других планетах – именно поэтому проект поддерживается Институтом астробиологии НАСА.

По материалам Los Angeles Times и Chemistry World. Данные исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.