Salah satu masalah ilmiah utama yang sedang ditangani para ilmuwan di seluruh dunia adalah asal usul kehidupan di Bumi. Selama beberapa dekade terakhir, banyak keberhasilan telah dicapai di bidang ini, misalnya, konsep dunia RNA telah dikembangkan. Namun, masih belum diketahui bagaimana tepatnya molekul yang berfungsi sebagai "bahan penyusun" kehidupan pertama muncul. Jurnal Science menerbitkan sebuah artikel yang mungkin menjawab pertanyaan paling penting: dari mana asal nukleotida penyusun RNA. "Lenta.ru" mengungkapkan detail penelitian dan membicarakan artinya.
Menurut konsep ilmiah modern, kehidupan bermula dari senyawa organik yang bereaksi satu sama lain untuk menciptakan molekul kunci - nukleosida. Nukleosida diketahui dibentuk oleh ribosa gula atau deoksiribosa dan salah satu dari lima basa nitrogen: adenin, guanin, timin, sitosin, atau urasil. Nukleosida adalah prekursor nukleotida, yang pada gilirannya, DNA dan RNA tersusun. Agar nukleosida berubah menjadi nukleotida, diperlukan komponen tambahan - residu asam fosfat.
Mengapa nukleosida mengemuka? Pertanyaan ini dijawab oleh konsep ilmiah yang dikenal sebagai hipotesis dunia RNA dan mengasumsikan bahwa RNA-lah yang menjadi asal mula kehidupan. Molekul asam ribonukleat adalah yang pertama melakukan katalisis reaksi kimia dalam sup primer, belajar menyalin diri mereka sendiri dan satu sama lain, dan yang terpenting, membawa informasi turun-temurun. RNA ini disebut ribozim. Jika ada molekul RNA yang memiliki kemampuan untuk mensintesis salinannya sendiri, maka sifat ini diturunkan dari generasi ke generasi. Kadang-kadang penyalinan disertai dengan kesalahan, akibatnya RNA baru memperoleh mutasi.
Mutasi dapat sangat merusak sifat katalitik molekul, tetapi mutasi juga dapat mengubah RNA, memberinya kemampuan baru. Misalnya, para ilmuwan telah menemukan bahwa beberapa mutasi mempercepat proses penggandaan diri, dan ribozim yang diubah setelah beberapa saat mulai mendominasi yang "normal". Ahli biologi molekuler yang dipimpin oleh Brian Pegel dari Scripps Research Institute di California telah mengamati bagaimana aktivitas enzimatis ribozim selama tiga hari evolusi di laboratorium meningkat 90 kali lipat. Oleh karena itu, bahkan jika ribozim awalnya tidak terlalu aktif, evolusi molekuler dapat mengubahnya menjadi mesin katalitik yang ideal.
Namun demikian, hipotesis dunia RNA menemui sejumlah kesulitan. Misalnya, tidak diketahui bagaimana abiogenik, yaitu, tanpa partisipasi organisme hidup, sintesis ribozim pertama dapat terjadi. Sementara banyak argumen telah ditemukan untuk mendukung dunia RNA, pertanyaan kuncinya - bagaimana hal itu terjadi - tetap menjadi batu sandungan.
Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa senyawa kimia yang membentuk nukleosida tidak dapat muncul dalam kondisi terestrial, tetapi dibawa ke planet dari luar angkasa. Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa masalahnya terkait dengan nukleosida purin - adenosin dan guanosin, yang masing-masing mengandung adenin dan guanin. Untuk molekul pirimidin yang mengandung sitosin, timin, atau urasil, jalur sintesis dapat diketahui dengan baik di tempat asal kehidupan. Reaksi kimia mirip domino menyebabkan pembentukan pirimidin yang dibutuhkan dalam jumlah besar.
Video promosi:
Para ilmuwan telah mengusulkan jalur yang mungkin untuk pembentukan nukleosida purin, tetapi hal itu dapat menyebabkan munculnya banyak senyawa lain, di antaranya nukleosida yang dibutuhkan hanya sebagian kecil. Hanya menyikat purin tidak akan berhasil, karena mereka tidak hanya merupakan komponen integral RNA dan DNA, tetapi juga membentuk adenosin trifosfat (ATP), yang terlibat dalam metabolisme energi dan zat di dalam tubuh, dan guanosin trifosfat, yang berfungsi sebagai sumber energi untuk sintesis protein.
Cara sederhana untuk membentuk nukleosida seperti adenosin adalah dengan menggabungkan adenin dengan ribosa di hadapan NH4OH. Ribosa menempel pada salah satu atom nitrogen adenin, hanya memiliki beberapa, dan hanya nitrogen pada posisi kesembilan yang harus berpartisipasi dalam sintesis adenosin. Selain itu, ternyata atom nitrogen ini tidak terlalu reaktif. Ini berarti bahwa jika hipotesis dunia RNA benar (yang kemungkinan besar), pasti ada cara lain untuk mensintesis adenosin dan guanosin dalam kaldu primer.
Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan telah mengusulkan jalur berbeda untuk sintesis nukleosida purin yang memecahkan masalah dan memperkuat posisi konsep dunia RNA. Semuanya dimulai dengan molekul aminopirimidin, yang mudah dibentuk dari senyawa sederhana seperti NH4CN. Ini terjadi melalui pembentukan guanidin, kemudian bereaksi dengan aminomalonitril, menghasilkan pembentukan molekul tetraaminopyrimidine. Ia mudah teroksidasi di lingkungan yang mengandung oksigen, tetapi tetap stabil di atmosfer bebas oksigen yang merupakan ciri khas Bumi sebelum kelahiran kehidupan. Selain tetraaminopyrimidine, molekul serupa lainnya dapat dibentuk: triaminopyrimidinone dan triaminopyrimidine. Semua senyawa ini mudah larut dalam air.
Yang terpenting, untuk ketiga aminopirimidin, hanya atom nitrogen tertentu yang reaktif, dan ini memecahkan masalah partisipasi dalam reaksi atom lain, yang merupakan karakteristik adenin. Lingkungan yang diasamkan mengarah pada fakta bahwa atom nitrogen di dalam cincin mengikat proton dan memblokir semua gugus amino eksternal, kecuali satu yang terletak di posisi kelima. Ketika campuran aminopyrimidines dan asam format dipanaskan, hanya satu senyawa yang mungkin terbentuk - formamidopyrimidine. Hasil reaksinya adalah 70 sampai 90 persen.
Formamidopyrimidine, meskipun mirip dengan purin, tidak memiliki kekurangan. Atom nitrogen di posisi kesembilan, ternyata, adalah yang paling reaktif, dan reaksi dengan ribosa dalam media basa selalu mengarah pada hasil yang sama: sintesis kerangka karbon untuk nukleosida purin. Menariknya, formamidopyrimidine secara aktif terlibat dalam pembentukan ribosa dari glikolaldehida dan gliseraldehida, memfasilitasi sintesis nukleosida dalam lingkungan amonia. Secara umum, para ilmuwan telah berhasil menemukan jalur pembentukan prekursor nukleotida dari turunan amonia yang paling sederhana. Turunan semacam itu baru-baru ini ditemukan di komet Churyumov - Gerasimenko, yang menegaskan sudut pandang tentang partisipasi aktif komet dalam memasok bumi dengan segala yang diperlukan untuk kemunculan kehidupan.
Namun, evolusi kimia menimbulkan lebih banyak pertanyaan, dan untuk menjawabnya diperlukan upaya para peneliti di seluruh dunia. Gambaran lengkap abiogenesis harus menggambarkan tidak hanya kemunculan nukleotida dan molekul organik lainnya tanpa partisipasi organisme hidup, tetapi juga interaksinya dalam kondisi awal Bumi, interaksi yang mengarah pada pembentukan sel-sel pertama.
Alexander Enikeev
