TiaSang
Thứ 4, Ngày 12 tháng 12 năm 2018
Đổi mới sáng tạo

Tìm ra công thức khởi động sự sống trên Trái đất?

07/11/2018 07:30 -

Trong quá trình tạo ra sự sống trên Trái đất của phân tử, RNA dường như là “nhân vật chính”. Nhưng nguồn gốc của phân tử này, yếu tố liên quan đến việc lưu trữ thông tin di truyền giống như DNA và tăng tốc các phản ứng hóa học giống như cách làm của protein, vẫn là một bí ẩn.

Nghiên cứu mới đã tìm ra loại hóa chất thông thường có thể mở ra thế giới RNA. Nguồn: Mark Garlick/Science Source

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đã cho thấy lần đầu tiên một tập hợp các vật liệu khởi đầu đơn giản có khả năng xuất hiện trong giai đoạn sớm của Trái đất và có thể tạo ra cả bốn khối cơ bản tham gia vào quá trình phản ứng hóa học của RNA.

Những khối cơ bản này - cytosine, uracil, adenine và guanine - trước đây đã được tái tạo trong phòng thí nghiệm từ các vật liệu ban đầu khác. Vào năm 2009, nhóm nghiên cứu do John Sutherland, Đại học Cambridge, Vương quốc Anh dẫn đầu đã phát minh ra một bộ năm hợp chất có khả năng xuất hiện ở giai đoạn sớm của Trái đất và có thể tạo ra cytosine và uracil, hay còn gọi chung là pyrimidines (hợp chất có nitơ có cấu trúc phân tử vòng). Năm 2016, nhóm nghiên cứu do Thomas Carell, một nhà hóa học tại Đại học Ludwig Maximilian ở Munich, Đức, dẫn dắt, đã cho biết có cách dễ thực hiện để hình thành adenine và guanine, gọi là purines (hợp chất chứa nitơ có cấu trúc phân tử hai vòng). Cả hai nghiên cứu trên đều tìm ra hàng loạt phản ứng hóa học khác nhau và đều chỉ tạo ra hai trong bốn khối thành phần cơ bản của RNA. Chưa ai biết các điều kiện cần thiết để tạo ra cả hai cặp khối cùng lúc hoặc cùng chỗ.

Giờ đây, Carell cho biết có thể có câu trả lời. Tại Hội thảo Nguồn gốc sự sống (14-17/10 tại Atlanta), ông thông báo đã tìm ra một tập hợp các phản ứng đơn giản có thể tạo tất cả bốn khối cơ bản của RNA. Công trình của Carell bắt đầu với sáu khối xây dựng phân tử - oxy, nitơ, mêtan, amoniac, nước và xyanua hydro, tất cả đều có mặt ở giai đoạn sớm của Trái đất.

Để tạo ra pyrimidin, Carell bắt đầu với các hợp chất cyanoacetylene và hydroxylamine, khi phản ứng chúng tạo ra các hợp chất amino-isoxazole. Sau đó, hợp chất này phản ứng với phân tử urea để tạo thành các hợp chất mà sau đó, tiếp tục phản ứng với ribose - một loại đường, để tạo ra một bộ hợp chất trung gian cuối.

Cuối cùng, với sự có mặt của các thiol - những hợp chất chứa lưu huỳnh và truy dấu một lượng nhỏ muối sắt hoặc muối nickel, các chất trung gian này chuyển hóa thành các pyrimidines cytosine và uracil. Thêm nữa, phản ứng cuối này được kích hoạt khi các kim loại trong các muối chứa nhiều điện tích dương. Đây chính xác là những gì xảy ra trong bước cuối cùng trong quá trình tạo ra các purine, adenine và guanine. Còn hơn thế, bước này dẫn đến đúng việc cả bốn nucleotide hoạt động tại một chỗ, Carell cho biết. Như vậy lần đầu tiên có một lời giải thích hợp lý về cách tất cả các khối cơ bản của RNA có thể phát triển cạnh nhau.

“Tôi thấy nó có vẻ phù hợp”, Steven Benner, nhà hóa học làm việc với Quỹ Ứng dụng tiến hóa phân tử ứng dụng ở Alachua, Florida cho biết. Quá trình này cung cấp một cách thức đơn giản để có thể tạo ra tất cả bốn khối cơ bản trong các điều kiện tương đồng với các điều kiện của giai đoạn sớm của Trái đất, ông nhận xét.

Quá trình này không giải quyết được tất cả những bí ẩn của RNA. Ví dụ, một bước hóa học khác vẫn cần phải “kích hoạt” mỗi khối xây dựng của bốn RNA để liên kết chúng thành các chuỗi dài tạo thành vật liệu di truyền và thực hiện các phản ứng hóa học. Nhưng việc tạo ra RNA trong các điều kiện giống với Trái đất ban đầu giờ đây có vẻ như trong tầm tay.

Hoàng Nam dịch

Nguồn: http://www.sciencemag.org/news/2018/10/chemists-find-recipe-may-have-jump-started-life-earth

 

Tags: