Вчені з Університетського коледжу Лондона і Гарвардського університету описали універсальний спосіб синтезу перших рібонуклеотидів - компонентів, з яких складаються молекули РНК. Запропонована схема передбачає синтез як пурінових, так і піримідинових нуклеотидів з одного попередника в подібних умовах, що добре узгоджується з вимогами гіпотез про зародження життя на Землі. Стаття опублікована в журналі.
Серед учених, які займаються проблемами виникнення життя на Землі, популярна гіпотеза про «світ РНК», згідно з якою першими біологічними полімерами були молекули рібонуклеїнової кислоти. Останні, на відміну від молекул ДНК, здатні не тільки кодувати і відтворювати інформацію, а й здійснювати ферментативні реакції без участі білків. Як ДНК, так і РНК складаються з мономерів - нуклеотидів, що представляють собою комплекси з азотистої основи, цукру і фосфату (без фосфату ці сполуки називаються нуклеозидами). Азотисті підстави можуть бути похідними пурина - це аденін і гуанін, або піримідину - це цитозин і урацил, якщо мова йде про РНК.
Щоб переконливо показати, що утворення ланцюжків РНК було можливо кілька мільярдів років тому, хімікам необхідно відтворити синтез рібонуклеотидів з простих органічних молекул в умовах, імовірно характерних для того часу. Якщо для піримідинових нуклеотидів такий спосіб синтезу вже був продемонстрований, то пуринові нуклеотиди досі не піддавалися вченим.
Як синтез самих азотистих підстав, так і їх глікозилювання (тобто приєднання цукрового залишку) йде погано і з низьким виходом, до того ж, умови їх синтезу не збігаються з такими для піримідинів. Щоб подолати згадані труднощі, колектив хіміків запропонував оригінальний спосіб синтезу пуринових рібонуклеозидів не окремо з азотистої основи і цукрового залишку, а відразу на цукро-азотному остові молекули-попередника (приєднання фосфату до нуклеозиду в подібних експериментах не становить проблеми). Крім того, з цього попередника можна в подібних умовах синтезувати і піримідинові нуклеозиди.
На першій стадії синтезу дослідники зібрали з відносно простих органічних молекул фуранозил-оксазоліновий скелет з приєднаним до нього атомом сірки. На другій стадії сірку замістили на аміногрупу, обробивши з'єднання аміаком, в результаті чого отримали попередник піримідинового нуклеозиду. Обробивши первинний скелет більш складним аміном, що представляє з себе т^ HCN, дослідники отримали попередник 8-оксо-пуринового нуклеозиду. Через ще одну стадію синтезу молекули були фосфорильовані з утворенням рібонуклеотидів цитозину і урацилу, проте замість аденіну і гуаніну були отримані схожі на них 8-оксо-аденін і 8-оксо-інозин.
Автори роботи припускають, що саме 8-оксо-пурини входили до складу ранніх РНК, оскільки вони цілком дозволяють точно копіювати інформацію, але при цьому володіють більш стійким зв'язком між азотистою підставою і цукровим залишком. Крім того, при утворенні комплементарних пар за участю 8-оксо-пурінів температура їх плавлення нижче, ніж у традиційних пар аденін-урацил і гуанін-цитозин, що могло б полегшити процес копіювання молекул на зорі «світу РНК». Незважаючи на це, вчені в даний час досліджують, як відновити оксо-пурини до традиційних пуринів, щоб доповнити схему синтезу.