Původ života: prebiotická cesta k DNA.
DNA, dědičný materiál, mohla vzniknout na Zemi dříve, než se dosud předpokládalo. Lékárny na Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) v Mnichově, vedené Oliverem Trappem, ukazují, že jednoduchá reakční cesta by mohla vést k podjednotkám DNA na počátku Země.
Jak se formovaly základní prvky života v raných fázích první Země? Na tuto otázku zatím existují pouze částečně uspokojivé odpovědi. Jedna věc je však jasná: Musela existovat fáze chemické evoluce před procesem biologické evoluce, která vedla k rozmanitosti života na naší planetě. V této „prebiotické“ fázi byly první polymerní molekuly, které dokázaly ukládat informace a reprodukovat se, náhodně sestaveny z organických prekurzorů, které byly přítomny na počátku Země. Nejúčinnější replikátory se později změnily na makromolekulární informační nukleové kyseliny, DNA a RNA, které se staly základem všech forem života na naší planetě.
Po miliardy let byla DNA hlavním nositelem dědičné informace v biologických organismech. Řetězce DNA se skládají ze čtyř typů chemických podjednotek a genetická informace, kterou obsahují, je kódována v lineární sekvenci těchto „nukleosidů“. Čtyři podjednotky se také skládají ze dvou doplňkových párů. Interakce mezi dvěma řetězci s komplementárními sekvencemi jsou zodpovědné za vznik slavné dvojité šroubovice a hrají klíčovou roli v replikaci DNA. RNA má také zásadní roli při replikaci DNA a při translaci nukleotidových sekvencí do proteinů.
Který z těchto dvou typů nukleových kyselin přišel jako první? Dosud byla jednomyslnou odpovědí na tuto otázku RNA. Rozumné modely vysvětlující, jak mohou být molekuly RNA syntetizovány z prekurzorových sloučenin v prebiotickém prostředí, byly poprvé navrženy před desítkami let a od té doby získaly značnou experimentální podporu. Navíc jeho strukturální univerzálnost umožňuje RNA ukládat informace a působit jako katalyzátor. Tyto myšlenky vedly k myšlence „světa RNA“, který předcházel příchodu DNA, která je dnes mezi odborníky dobře zavedená. Jak tedy byly syntetizovány první podjednotky DNA? Obecně přijímaný názor je, že tento proces je katalyzován enzymem, relativně složitou biomolekulou, jejíž vznik by vyžadoval miliony let evoluce.
Nyní však tým chemiků vedený profesorem Oliverem Trappem z LMU navrhl mnohem přímější mechanismus pro syntézu podjednotek DNA z organických sloučenin, které lze nalézt v prebiotickém prostředí. „Reakční cesta je relativně jednoduchá,“ říká Trapp a naznačuje, že ji lze provést v prebiotickém prostředí. Nevyžaduje změny v reakčních parametrech, jako je například teplota. Složky požadované v Trappových experimentech jsou voda, mírně alkalické pH a teploty mezi 40 a 70 ° C. Za těchto podmínek se získají dostatečně vysoké reakční rychlosti a výtěžky produktu s vysokou selektivitou a správnou stereochemií.
Každá z nukleosidových podjednotek nalezená v DNA sestává z báze obsahující dusík a cukru zvaného deoxyribóza. Doposud se předpokládalo, že deoxynukleosidy lze syntetizovat pouze za prebiotických podmínek přímým spojením těchto dvou předem vytvořených složek. Pro takový krok však nebyl navržen žádný věrohodný neenzymatický mechanismus. Jak vysvětluje Trapp, hlavním rysem nové cesty je, že se cukr neváže na základnu v jediném kroku. Místo toho je postaven na předem připravené bázi pomocí krátké řady reakčních kroků zahrnujících jednoduché organické molekuly, jako je acetaldehyd a glyceraldehyd. Výzkumníci LMU navíc identifikovali druhou rodinu možných prekurzorů DNA, ve které byla deoxyribózová část nahrazena jiným cukrem.
Podle autorů studie tyto výsledky naznačují, že první molekuly DNA se mohly objevit paralelně s RNA asi před 4 miliardami let. To znamená, že molekuly DNA se objevily přibližně o 400 milionů let dříve, než se dříve myslelo.
Zdroj příběhu:
Materiály poskytované Ludwig-Maximilians-Universität München. Poznámka: Obsah lze upravovat podle stylu a délky.
