Цианид мог катализировать абиогенный синтез аминокислот и нуклеотидов на ранней Земле, обеспечив запас «строительных блоков» для будущих биологических молекул.
©Henning Dalhoff
Жизнь на Земле зародилась около четырех миллиардов лет назад, когда планета была покрыта обширным океаном. Первым этапом этого долгого процесса была химическая эволюция — возникновение сложных органических молекул из более примитивных предшественников. Считается, что этот ключевой переход привел к формированию «первичного бульона» — насыщенного раствора веществ, в котором появлялись и эволюционировали РНК и протоклетки — уже вполне полноценные зародыши жизни.
Однако как именно это произошло, остается во многом неясным. Сегодня живые организмы способны синтезировать и аминокислоты (компоненты белков), и нуклеотиды (звенья цепочек ДНК и РНК) из простых неорганических исходных веществ. Но для этого у них есть ферменты, катализирующие нужные реакции. В океане ранней Земли ферментов, разумеется, не было, а значит, встает вопрос о том, как именно появился в нем весь набор аминокислот и нуклеотидов.
Несколько месяцев назад Раманараян Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy) и его коллеги показали, что катализатором многих превращений органических веществ могут служить обычные цианиды. Цианид — несложное соединение углерода и азота, которое часто встречается в космосе и было представлено на ранней Земле. Поэтому ученые продолжили изучение его возможной роли в появлении «строительных блоков» жизни. Результаты их работы представлены в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.
На этот раз химики обратились к синтезу аминокислот. Сегодня живые клетки могут получать их из более простых кетокислот, используя для этого специальные ферменты. Существуют свидетельства о том, что кетокислоты могли присутствовать на ранней Земле. Поэтому ученые решили проверить, способен ли цианид помогать их превращению в аминокислоты без участия белков, в неживой природе.
И действительно, во время экспериментов было показано, что цианид в присутствии источника азота (аммиака) и небольших количеств углекислого газа приводит к образованию из кетокислот широкого спектра аминокислот. Такие реакции напоминают происходящее в живых клетках, за исключением того, что проходят в неживой среде, без участия ферментов. Они протекают при комнатной температуре и в широком диапазоне рН. Более того, в числе побочных продуктов — оротовая кислота, вещество, которое выступает одним из предшественников для синтеза нуклеотидов.
Таким образом, химики показали, что среди простых соединений, имевшихся на ранней Земле, могли без какого-либо участия живых организмов протекать реакции, приводящие к возникновению аминокислот и нуклеотидов, важнейших «кирпичиков» для более сложных биомолекул. Теперь ученые собираются выяснить, как именно они полимеризовались, образовав белки и нуклеиновые кислоты, с которых и началась настоящая жизнь.
