Uno dei principali problemi scientifici su cui stanno lavorando gli scienziati di tutto il mondo è l'origine della vita sulla Terra. Negli ultimi decenni sono stati raggiunti molti successi in questo settore, ad esempio, è stato sviluppato il concetto di mondo dell'RNA. Tuttavia, non è ancora noto come siano sorte esattamente le molecole che servivano come i primi "mattoni" della vita. La rivista Science ha pubblicato un articolo che risponde forse alla domanda più importante: da dove provengono i nucleotidi che compongono l'RNA. "Lenta.ru" rivela i dettagli dello studio e parla del suo significato.
Secondo i moderni concetti scientifici, la vita ha avuto origine da composti organici che hanno reagito tra loro per creare molecole chiave: i nucleosidi. Il nucleoside è noto per essere formato dallo zucchero ribosio o desossiribosio e da una delle cinque basi azotate: adenina, guanina, timina, citosina o uracile. I nucleosidi sono precursori dei nucleotidi, di cui, a loro volta, sono composti DNA e RNA. Affinché un nucleoside si trasformi in un nucleotide, è necessario un componente aggiuntivo: i residui di acido fosforico.
Perché i nucleosidi vengono alla ribalta? A questa domanda risponde un concetto scientifico noto come l'ipotesi del mondo dell'RNA, che ritiene che fosse l'RNA che si trovava all'origine della vita. Le molecole degli acidi ribonucleici sono state le prime a svolgere la catalisi delle reazioni chimiche nel brodo primario, hanno imparato a copiare se stesse e l'un l'altro e, soprattutto, a trasportare informazioni ereditarie. Questi RNA sono chiamati ribozimi. Se una qualsiasi molecola di RNA aveva la capacità di sintetizzare le proprie copie, questa proprietà veniva tramandata di generazione in generazione. A volte la copia era accompagnata da errori, a seguito dei quali nuovi RNA acquisivano mutazioni.
Le mutazioni potrebbero danneggiare gravemente le proprietà catalitiche delle molecole, ma potrebbero anche alterare l'RNA, conferendogli nuove capacità. Ad esempio, gli scienziati hanno scoperto che alcune mutazioni accelerano il processo di auto-copia e dopo un po 'i ribozimi alterati iniziano a dominare su quelli "normali". I biologi molecolari guidati da Brian Pegel dello Scripps Research Institute in California hanno osservato come l'attività enzimatica dei ribozimi nel corso di tre giorni di evoluzione in un laboratorio è aumentata di 90 volte. Pertanto, anche se i ribozimi inizialmente non fossero molto attivi, l'evoluzione molecolare potrebbe trasformarli in macchine catalitiche ideali.
Tuttavia, l'ipotesi del mondo RNA incontra una serie di difficoltà. Ad esempio, non è noto come possa avvenire l'abiogeno, cioè senza la partecipazione di organismi viventi, la sintesi dei primi ribozimi. Sebbene siano stati trovati molti argomenti a favore del mondo dell'RNA, la domanda chiave - come sia avvenuta - rimane un ostacolo.
Alcuni scienziati suggeriscono che i composti chimici da cui si sono formati i nucleosidi non potrebbero sorgere in condizioni terrestri, ma sono stati portati sul pianeta dallo spazio. Vale la pena notare, tuttavia, che il problema è associato ai nucleosidi purinici: adenosina e guanosina, contenenti rispettivamente adenina e guanina. Per le molecole di pirimidina contenenti citosina, timina o uracile, sono note vie di sintesi che potrebbero benissimo esistere all'origine della vita. Le reazioni chimiche simili a domino portano alla formazione di grandi quantità delle pirimidine richieste.
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Gli scienziati hanno proposto un possibile percorso per la formazione di nucleosidi purinici, ma può portare alla comparsa di molti altri composti, tra i quali i nucleosidi richiesti sarebbero solo una piccola frazione. Il semplice spazzolamento delle purine non funzionerà, poiché non sono solo componenti integrali di RNA e DNA, ma formano anche l'adenosina trifosfato (ATP), che è coinvolta nel metabolismo dell'energia e delle sostanze nel corpo, e la guanosina trifosfato, che funge da fonte di energia per la sintesi proteica.
Un modo semplice per formare un nucleoside come l'adenosina è combinare l'adenina con il ribosio in presenza di NH4OH. Il ribosio si attacca a uno degli atomi di azoto dell'adenina, solo che ne ha diversi e solo l'azoto nella nona posizione dovrebbe partecipare alla sintesi dell'adenosina. Inoltre, risulta che questo atomo di azoto non è molto reattivo. Ciò significa che se l'ipotesi del mondo RNA è corretta (il che è più che probabile), ci deve essere qualche altro modo per sintetizzare l'adenosina e la guanosina nel brodo primario.
In un nuovo studio, gli scienziati hanno proposto un percorso diverso per la sintesi dei nucleosidi purinici che risolve il problema e rafforza la posizione del concetto di mondo RNA. Tutto inizia con le molecole di aminopirimidina, che si formano facilmente da un composto semplice come NH4CN. Ciò avviene attraverso la formazione della guanidina, che poi reagisce con l'aminomalonitrile, dando luogo alla formazione di una molecola di tetraaminopirimidina. Si ossida facilmente in un ambiente contenente ossigeno, ma rimane stabile nell'atmosfera priva di ossigeno che era caratteristica della Terra prima della nascita della vita. Oltre alla tetraaminopirimidina, si possono formare altre molecole simili: triaminopirimidinone e triaminopirimidina. Tutti questi composti sono facilmente solubili in acqua.
Ancora più importante, per tutte e tre le aminopirimidine, solo un certo atomo di azoto è reattivo e questo risolve il problema della partecipazione alla reazione di altri atomi, che è caratteristico dell'adenina. L'ambiente acidificato porta al fatto che gli atomi di azoto nell'anello attaccano i protoni e bloccano tutti i gruppi amminici esterni, ad eccezione di uno situato in quinta posizione. Quando una miscela di aminopirimidine e acido formico viene riscaldata, si forma solo un possibile composto: formamidopirimidina. La resa della reazione è dal 70 al 90 percento.
La formamidopirimidina, nonostante la sua somiglianza con le purine, è priva dei loro svantaggi. L'atomo di azoto nella nona posizione, come si è scoperto, è il più reattivo e la reazione con ribosio in un mezzo alcalino porta sempre allo stesso risultato: la sintesi di scheletri di carbonio per nucleosidi purinici. È interessante notare che la formamidopirimidina è attivamente coinvolta nella formazione di ribosio da glicolaldeide e gliceraldeide, facilitando la sintesi di nucleosidi in un ambiente di ammoniaca. In generale, gli scienziati sono riusciti a scoprire un percorso per la formazione di precursori nucleotidici dai più semplici derivati dell'ammoniaca. Tali derivati sono stati recentemente trovati sulla cometa Churyumov-Gerasimenko, che conferma il punto di vista sulla partecipazione attiva delle comete nel fornire alla Terra tutto il necessario per l'emergere della vita.
Tuttavia, l'evoluzione chimica solleva molte più domande e per rispondere sarà necessario l'impegno dei ricercatori di tutto il mondo. Un quadro completo dell'abiogenesi dovrebbe descrivere non solo l'emergere di nucleotidi e altre molecole organiche senza la partecipazione di organismi viventi, ma anche la loro interazione nelle condizioni della Terra primordiale, l'interazione che ha portato alla formazione delle prime cellule.
Alexander Enikeev
