Жизнь на Земле держится на двух нуклеиновых кислотах — ДНК и РНК. Почти все организмы используют ДНК для хранения генетической информации; её молекула как нельзя лучше подходит для хранения и копирования данных из поколения в поколение. А разнообразные виды РНК служат для реализации этой генетической информации, для воплощения её в белковых молекулах. Но всегда ли дела обстояли именно так?

Учёные давно пытаются понять, как происходило становление этой сложной системы запоминания, повторения и реализации генетической информации. Сложность молекулы ДНК заставляет усомниться в том, что она существовала «с начала времён». Чтобы сделать копию ДНК, требуется довольно хитроумная ферментативная машина. Поэтому некоторые учёные предположили, что право первородства принадлежит РНК: она может обладать собственной каталитической активностью и, следовательно, способна как хранить, так и копировать наследственную информацию без чужой помощи.

Исследователи из Аризонского университета (США) предлагают другого кандидата на роль общего предка ДНК и РНК, из которого потом по вполне дарвиновским законам получились оба этих вида нуклеиновых кислот. Этот гипотетический прародитель называется ТНК, или тетрозонуклеиновая кислота. Сахарофосфатный остов, отличительная черта нуклеиновых кислот, построен у ТНК из сахара тетрозы, составленной из четырёхуглеродного кольца. Тетроза намного проще, чем пятиуглеродные кольца ДНК и РНК; в праисторическом мире такая молекула могла бы появиться гораздо быстрее — из двух идентичных двухуглеродных кусков.

Подобная простота, казалось бы, делает невозможной переход от ТНК к ДНК и РНК. Ведь информация в ТНК должна бы была как-то передаваться в более развитые и совершенные молекулы ДНК и РНК. Но на этот раз учёным удалось показать, что фрагмент ТНК может соединиться с ДНК и РНК за счёт тех же самых взаимодействий между азотистыми основаниями, соединяющими нити ДНК и РНК между собой и друг с другом. Иными словами, ТНК могла быть общим «предком» современных нуклеиновых кислот и даже информационным посредником между ними, поскольку могла делиться информацией как с ДНК, так и с РНК.

Репликация, мутационный процесс и отбор могли происходить ещё до появления живых организмов. По словам учёных, им удалось показать, что копирование информации могло осуществляться между ДНК и ТНК. Происходило копирование всевозможных последовательностей, из которых потом отбирались те, что обладали ярко выраженной «индивидуальностью». Исследователи продемонстрировали, что из ТНК могла получиться структура, специфично связывающаяся с белком тромбином: цепочка ТНК образовывалась на цепочке ДНК, но после ухода ДНК она не теряла особенностей своего строения и продолжала специфично удерживать белок. Фрагмент ТНК имел в длину 70 нуклеотидов, чего вполне достаточно, чтобы создать уникальные «посадочные места» для белков-ферментов.

Результаты экспериментов будут опубликованы в журнале Nature Chemistry.

Разумеется, пример с тромбином — это всего лишь пример; речь в данном случае идёт о том, что среди множества случайных неспецифических последовательностей могли отбираться какие-то более специфические, уникальные, и происходить всё это могло с куда более простыми молекулами, чем ДНК и РНК. Разумеется, вряд ли тут можно говорить о строгих доказательствах того, что именно так «всё и было». Однако нельзя не признать, что ТНК выглядит прекрасным кандидатом на роль предшественника ДНК и РНК. Простая ТНК могла быть занята отработкой процессов хранения и передачи информации, пока доисторический химический суп учился синтезировать пятиуглеродные сахара для более совершенных ДНК и РНК.

Подготовлено по материалам Аризонского университета.

Текст: Кирилл Стасевич

Послушать эту новость