Hvordan RNA blev dannet ved livets oprindelse

En enkelt proces for, hvordan en gruppe af molekyler kaldet nukleotider blev lavet på den tidlige Jord, før livet begyndte, er blevet foreslået af et UCL-ledet team af forskere.

Nukleotider er essentielle for alt liv på Jorden, da de danner byggestenene i DNA eller RNA, og at forstå, hvordan de først blev lavet, er en langvarig udfordring, der skal løses for at belyse livets oprindelse.

I en undersøgelse, offentliggjort i dag i Naturkommunikation og finansieret af Engineering and Physical Sciences Research Council, Simons Foundation and the Origins of Life Challenge, forskere fra UCL, Harvard University og Massachusetts General Hospital foreslår en enkelt kemisk mekanisme, hvorved begge klasser af nukleotider - puriner og pyrimidiner - kunne have dannet sig sammen.

Før nu, videnskabsmænd troede, at de to klasser af nukleotid måtte være blevet fremstillet separat og under indbyrdes uforenelige forhold. Denne undersøgelse er den første, der viser, at både puriner og pyrimidiner kan dannes ud fra et fælles forløbermolekyle, der eksisterede før livet begyndte.

"Vi giver et nyt perspektiv på, hvordan de originale RNA-molekyler blev lavet og foreslår en simpel kemisk løsning til levering af både purin- og pyrimidinnukleotider ved livets oprindelse, " forklarede den tilsvarende forfatter, Dr. Matthew Powner (UCL Chemistry).

"RNA er hjørnestenen i alt liv på Jorden og bar sandsynligvis den første information ved livets begyndelse, men fremstilling af RNA kræver, at både purin- og pyrimidinnukleotider er tilgængelige samtidigt. En løsning på dette problem har været uhåndgribelig i mere end 50 år."

Holdet demonstrerede, hvordan puriner og pyrimidinnukleotider begge kan samles på det samme sukkerstillads for at danne molekyler kaldet ribonukleotider, som bruges til at konstruere RNA.

Purin- og pyrimidinnukleotider bruges til at skabe DNA og RNA. Purin- og pyrimidinnukleotiderne binder til hinanden gennem specifikke molekylære interaktioner, der giver en mekanisme til at kopiere og overføre information på molekylært niveau, som er afgørende for genetik, replikation og evolution. Derfor menes det at forstå nukleotiders oprindelse for at være nøglen til at forstå oprindelsen af ​​selve livet.

Holdet opdagede, at molekyler, kaldet 8-oxo-adenosin og 8-oxo-inosin, som er purin-ribonukleotider, kan dannes under de samme kemiske forhold som de naturlige pyrimidinribonukleotider. De fandt også ud af, at en kemisk precursor divergent kan give både purin- og pyrimidinribonukleotider.

"Den mekanisme, vi har rapporteret, giver begge klasser af molekyler den samme stereokemi, som findes universelt i sukkerstilladset af biologiske nukleinsyrer, tyder på, at 8-oxo-purin ribonukleotider kan have spillet en nøglerolle i primordiale nukleinsyrer, " sagde Dr Shaun Stairs (UCL Chemistry), første forfatter til undersøgelsen.

Holdet planlægger nu at undersøge mekanismer, der bruger 8-oxo-puriner til at overføre information, som kunne hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå livets første informationsoverførselssystemer.