Спoнтaннoe присoeдинeниe фoсфoрa к   oргaничeским мoлeкулaм термодинамически нет расчета, однако возможно, если процесс происходит не   в   растворе, а   в микрокаплях, показали химики из   Стэнфорда. Ученым посчастливилось воссоздать в микрокаплях процессы, которые, возможно, лежали в   основе абиогенеза первых молекул РНК   — неферментативного фосфорилирования рибозы и   образования рибонуклеозида. Разработка опубликована в журнале Proceedings of   the National Academy of   Sciences.

Фосфорилирование является одной из   ключевых реакций в   живых клетках. Фосфор входит в   состав нуклеиновых кислот (РНК и   ДНК), многих липидов в   составе клеточной стенки, активность множества внутриклеточных белков регулируется как следует фосфорилирования. В   клетках все эти процессы осуществляются при участии ферментов, и   чаще всего донором фосфата выступает Аденозинтрифосфат. Однако в   водном растворе реакция присоединения фосфата невыгодна с   термодинамической точки зрения, поэтому веха включения фосфора в   первые органические молекулы остается загадкой для ученых, которые занимаются проблемами происхождения   жизни.

Химики из   Стэнфорда совместно с   корейскими коллегами из   института науки и   технологии Тэгу-Кёнбук предположили, (как) будто могли появиться первые рибонуклеозиды   — компоненты РНК. Именно молекулы РНК, а   малограмотный   белки, в соответствии с   гипотезой РНК-мира, стали первыми биогенными молекулами, способными приводить в исполнение репликацию самих себя и   катализ химических реакций.

Ученые смогли осуществить неферментативный единение рибонуклеозида уридинмонофосфата из   урацила, рибозы и   ортофосфорной кислоты. Ключевым этапом в этой реакции является образование рибозо-1-фосфата, которое в   норме безвыгодный   идет в водном растворе. Однако авторы работы показали, что эта рефлекс может протекать в   микрокаплях.

По   всей видимости, на   поверхности микрокапель происходит регламентация молекул, которое позволяет ускорить некоторые реакции в   миллион раз. Ранее ученым посчастливилось без участия катализатора провести в   микрокаплях ряд химических и   биохимических реакций, включая окислительно-восстановительные реакции, часть связей между атомами углерода и   сворачивание   белка.

В   эксперименте авторы работы распыляли состав сахара с ортофосфорной кислотой в   масс-спектрометре и   наблюдали спонтанное появление новых соединений. При комнатной температуре и   нормальном давлении таким образом посчастливилось получить значительные количества фосфорилированной рибозы, глюкозы, галактозы и   фруктозы. Выход фосфорилированных сахаров в   среднем составил десяток процентов от   общего количества сахара в   растворе. Фосфорилирование всех сахаров происходило ровно по   первому атому углерода.

Исследователи рассчитали свободную энергию фосфорилирования рибозы в   микрокаплях и   показали, какими судьбами   ΔG процесса при комнатной температуре составляет −1,1   ккал/моль, то   вкушать с   точки зрения термодинамики процесс может идти самопроизвольно. Для сравнения, в   растворе каста величина больше нуля и составляет 5,4   ккал/моль.

На   следующем этапе эксперимента авторы распылили золь, содержащий рибозу, ортофосфорную кислоту и   урацил, чтобы продемонстрировать возможность спонтанного синтеза рибонуклеозидов. Выход уридинмонофосфата составил двойка с   половиной процента. При этом в   микрокаплях, содержащих только рибозу и   урацил, химической реакции в лоне ними не   происходило.

Выводы исследователей подтверждают гипотезу о   том, что реакции абиогенного синтеза в   заре зарождения жизни могли происходить в   водяных микрокаплях, которые широко распространены в   природе (облака, мгла, брызги   волн).

Автор: Дарья Спасская