Главная / Новости науки / Науки о Земле версия для печати

Цианосульфидный протометаболизм — верный путь к земной жизни
24.03.15 | Химия, Биохимия, Молекулярная биология, Геохимия, Елена Наймарк | Комментарии (46)

Катархей

Рис. 1. У нас не осталось никаких материальных свидетельств о катархее, но логика и эксперименты помогают представить этот молодой мир. Изображение с сайта the-scientist.com

Миру РНК предшествовало время предбиологического синтеза, когда рождались так или иначе необходимые для репликации молекулы — нуклеотиды, белки, липиды. Прежде химики рассматривали процессы их синтеза по отдельности. Теперь в лаборатории Джона Сазерленда найден путь, который приводит к синтезу сразу большого набора биологических молекул. Нет нужды гадать, что было раньше, РНК или белки, — вероятно, они синтезировались одновременно в едином каскаде химических реакций; в начале его появляется цианистый водород и сероводород с металлическими катализаторами. Эту сеть реакций авторы назвали цианосульфидным протометаболизмом. С выходом в свет нового исследования можно говорить о поворотной точке в науке о происхождении жизни.

Джон Сазерленд (John Sutherland) с командой из Лаборатории молекулярной биологии Исследовательского совета по медицине при Кембриджском университете (Великобритания) продолжили свое захватывающее исследование первых этапов зарождения жизни — появления на нашей планете биологических молекул. Около пяти лет назад они описали простой путь синтеза пиримидиновых нуклеотидов, тех самых, которые никак не удавалось получить из простых веществ (см.: Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК, «Элементы», 18.05.2009). Для этого требовалось подогревать азотистые основания (цианамид) вместе с сахаром (гликольальдегидом) и цианоацетиленом в присутствии фосфорной кислоты и под ультрафиолетовым облучением. В результате чудесным, хотя и вполне понятным для химиков образом получаются пиримидиновые рибонуклеотиды — цитидин и уридин. И при этом с высоким конечным выходом продукта, в практически очищенном от примесей виде, так как другие побочные продукты реакций неустойчивы к ультрафиолетовому облучению (на рис. 2a эта часть добиологической химии показана синими стрелками).

Все, кто занимается и интересуется ранней эволюцией жизни, пришли в восторг. Среди эмоциональных одобрений звучали вполне здравые вопросы: откуда бы взяться на ранней Земле гликольальдегиду в большом количестве? — все же это не совсем простое вещество. За три года команде Сазерленда этот вопрос удалось решить (D. Ritson & J. D. Sutherland, 2012. Prebiotic synthesis of simple sugars by photoredox systems chemistry) — и опять же изящно и доступно. Химики синтезировали гликольальдегид и глицеральдегид из цианистого водорода; реакция идет на свету в присутствии сероводорода и двухвалентной меди. Но какова же была радость ученых, когда они обнаружили в качестве побочных (!) продуктов реакций этого синтеза α-аминонитрил — предшественник аминокислот глицина, серина, аланина и треонина (D. Ritson & J. D. Sutherland, 2013. Synthesis of Aldehydic Ribonucleotide and Amino Acid Precursors by Photoredox Chemistry). На рис. 2a этот путь показан зелеными стрелками.