Новости химической науки > Откуда пошли есть сахара?

Результаты новых экспериментов можно рассматривать как новые аргументы в пользу гипотезы образования сахаров в условиях примордиальной Земли. Исследователи утверждают, что предложенная последовательность химических реакций позволит найти нуклеиновую кислоту, которая могла быть предшественником РНК [1].

Остатки рибозы входят в состав главной цепи РНК – нуклеиновой кислоты, являющейся как предком ДНК, так и партнером этой биомолекулы в клеточных процессах. Пытаясь понять, каким образом могли образоваться живые системы, исследователи первоначально изучили реакцию Бутлерова, позволяющую получить углеводную компоненту РНК из формальдегида. В результате этой реакции образуется смесь углеводов с различной молекулярной массой и различным строением, содержание рибозы в этой смеси составляет менее 1%. Низкий процентный выход рибозы привел к тому, что химики начали экспериментировать с другими вероятными системами, которые могли стать источником пребиотической рибозы.

В 2007 Альберт Эшенмозер (Albert Eschenmoser) предположил другой способ, который мог обеспечить получение нужного количества сахаров в пребиотических условиях – исходными веществами для этой последовательности реакций были глиоксилат и его димер – дигидроксифумарат (DHF) [2]. Интермедиаты этой реакции также могли привести к образованию других строительных блоков жизни – α-аминокислот и пиримидинов.

Дигидроксифумарат реагирует с простыми альдегидами с образованием молекул, которые могли стать основой жизни. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja211383c)

Рам Кришнамурти (Ram Krishnamurthy) с коллегами из Университета Скриппса протестировали, мог ли ряд этих реакций привести к образованию углеводов, строение которых было предсказано. Исследователи провели реакцию дилитевой соли DHF с такими альдегидами, как глиоксилат, гликоальдегид и глицеральдегид. Реакция DHF с глицериновым альдегидом позволяла получать пентозы – ксилулозу и рибулозу с выходом 60%. С помощью ЯМР ¹³C исследователи также зафиксировали интермедиаты, которые в других реакциях могут превратиться в α-аминокислоты.

Кришнамурти отмечает, что он и его исследователи удивились тому, насколько был высок выход и степень чистоты продуктов этой реакции. Реакции, в которых участвовал DHF, протекают с образованием небольшого количества побочных продуктов и практически полной конверсией исходных. В настоящее время исследователи пытаются изучить поведение дигидроксифумарата в условиях, более близких к условиям примордиальной Земли. Тем не менее, сценарий предложенный Эшенмозером, не лишен недостатков – исследователям пока еще не удавалось получить дигидроксифумарат в условиях, характерных для условий молодой Земли.

Тем не менее, реакции, проведенные Кришнамурти, мотивируют исследователей найти способы образования DHF в пребиотических условиях, и, если такие условия будут подобраны, сценарий Эшенмозера позволит предсказать, образование каких нуклеиновых кислот предшествовало образованию РНК.

Источники: [1] J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja211383c; [2] Tetrahedron, DOI: 10.1016/j.tet.2007.10.012

метки статьи: #биохимия, #органическая химия, #химическая эволюция