Гипотеза о существовании мира РНК получила новую жизнь после исследований, продемонстрировавших то, что молекулы РНК проявляют более высокую каталитическую активность в условиях, сходных с теми, что существовали на Земле миллиарды лет назад. Результаты нового исследования говорят, что присутствие в качестве кофактора соединений железа(II), в те времена присутствовавших на Земле в значительных количествах могло увеличить каталитическую активность РНК в значительной степени, но только в том случае, когда в атмосфере отсутствует кислород [1].

Гипотеза мира РНК представляет собой одну из моделей биогенеза. В соответствие с ней предполагается, что до того, как ДНК эволюционировала и получила способность кодировать синтез белка, молекулы РНК вели себя и как кодирующие нуклеотиды и как биологический катализатор – предок ферментов.

Тем не менее, найти доказательства в пользу того, что РНК могла выполнять обе эти функции, гораздо сложнее.

В современных биохимических системах молекулы РНК практически не участвуют в каталитических процессах, исключение составляют нуклеозиды – малые ядерные РНК, для работы которых требуется кофактор – ионы металла, чаще всего – магния. Однако Лорен Уильямс (Loren Williams) из Технологического Института Джорджии отмечает, что

дискуссии со специалистами по геологии заставили его более точно смоделировать условия на Земле, которые существовали во время существования предполагаемого мира РНК, около 2,5 миллиардов лет назад – значительное количество ионов железа(II) и малая концентрация свободного кислорода в атмосфере.

Уильямс отмечает, что

в присутствии кислорода железо разрушает РНК, однако в бескислородном окружении этого не происходит.

Продемонстрировав ранее [2], что в бескислородных условиях РНК может связываться с железом, Уильямс с коллегами решили проверить эффективность системы РНК/Fe в катализе. Исследователи использовали стандартную пероксидазную пробу, в которой происходит окисление органического красителя под действием радикал-катиона, образующегося из пероксида водорода.

Пероксидазная проба предназначалась для определения возможности реализации переноса электронов в системах РНК/Fe²⁺ или РНК/Mg²⁺; для исследования использовали два наиболее распространенных и древних РНК –23S-р-РНК и т-РНК. Обе эти РНК катализировали процесс в присутствии иона Fe²⁺, но были абсолютно каталитически неактивны в присутствии ионов Mg²⁺.

Уильямс отмечает, что если представить сложные метаболитические системы мира РНК, в которых рибонуклеиновые кислоты играли роль первичных ферментов, для таких процессов была необходима реализация переноса электрона.

Результаты новых исследований говорят о том, что

подобные каталитические процессы могли иметь место в условиях бескислородной атмосферы пребиотической Земли. Уильямс также предполагает, что после появления процесса фотосинтеза и увеличения концентрации кислорода железо (II) окислилось до железа (III), став более опасным для РНК, и постепенно было замещено магнием для всех процессов, протекающих с участием РНК.

Источники:

[1] Nat.Chem., 2013, DOI: 10.1038/nchem.1649;

[2] PLoS One, 2012, DOI: 10.1371/journal.pone.0038024.