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25.09.09  Neue Impulse für die präbiotische Synthese von Pyrimidin-Nukleotiden

Englische Chemiker haben eine neue Idee vorgestellt, wie erste Bausteine von Nukleinsäuren präbiotisch, d.h. ohne die heute bekannte Biochemie entstanden sein könnten. Ihre Versuche, Nukleotide zu synthetisieren, folgen neuen Konzepten und zeigen interessante Reaktionsverläufe. Aber bei allen überraschend günstigen Syntheseschritten bleibt das Problem, dass für die chemischen Reaktionen reine Ausgangsstoffe verwendet werden und Randbedingungen, wie pH-Wert, Temperaturen und Reaktionszeit geregelt werden müssen. Damit müssen bei allem Optimismus, den diese Veröffentlichungen hervorgerufen haben, einige grundlegende Probleme für eine plausible Erklärung für die Entstehung erster Nukleinsäuren noch gelöst werden.

Nukleinsäuren in Form von DNS und RNS sowie deren Bausteine sind in allen bekannten Lebensformen von grundlegender Bedeutung, z. B. zur Repräsentation, Speicherung und Vermittlung der  Erbinformation.

Trotz der Popularität der RNS-Welt-Hypothese (s. Artikel RNS-Welt) erbrachten die Untersuchungen zur präbiotischen (=vor der Existenz von Leben) Synthese von Nukleinsäuren bisher eher ernüchternde Resultate. Publikationen englischer Chemiker mit neuen Konzepten erregen umso mehr Aufsehen und verursachen manchen optimistischen Kommentar. Trotz einiger interessanter chemischer Details in den neuen Studien warten allerdings grundsätzliche Probleme der präbiotischen Chemie weiterhin darauf, gelöst zu werden.

Im Zusammenhang mit der chemischen Entstehung lebender Systeme müssen irgendwann erste Nukleinsäuren entstanden sein. Die bisherigen Vorschläge zur präbiotischen Synthese von Nukleinsäuren, d.h. ohne die Unterstützung durch die heute bekannte Biochemie, sind sehr ernüchternd. Der Anspruch an die Qualität und Reinheit der Ausgangsverbindungen, die komplexen, mehrstufigen Synthesereaktionen und die dabei notwendige feine Regulierung der Reaktionsbedingungen und -abläufe, lassen die bisherigen Modelle nicht als wirklich plausible Erklärungen erscheinen. Dabei ist die Frage nach der Information in Nukleinsäuren, wie wir sie aus den heutigen Organismen kennen, noch nicht einmal berührt.

Sutherland und Mitarbeiter haben in einer Reihe von Publikationen ein neues Konzept zur Synthese von Pyrimidin-Nukleotiden vorgestellt. Am Ausgangspunkt dieser Synthesen stehen Stoffe, deren Vorkommen im Weltraum spektroskopisch nachgewiesen worden ist, damit werden sie zu möglichen Kandidaten für präbiotische Reaktionen.

In bisherigen Konzepten wurde versucht, die N-Heterocyclen mit den separat synthetisierten Ribosezuckern zu verknüpfen und diese Verbindung dann mit Phosphatgruppen zu versehen. Powner et al. (2009) zeigen nun, dass es über bisher wenig beachtete Zwischenstufen möglich ist, Pyrimidin-Nukleotide direkt in Phosphatpuffer herzustellen (Details dazu s. Binder 2009).

Für die Plausibilität einer solchen Synthese unter präbiotischen Gesichtspunkten müssen jedoch u. a. auch folgende Fragen geklärt werden:

Wie kommen die Ausgangsstoffe in geeigneter Konzentration und Reinheit an den Reaktionsort? Wie verlaufen die Reaktionen in Gegenwart weiterer Chemikalien? Wie erfolgt die Regulation der Synthesen (pH-Wert, Temperatur, Reaktionszeit)?

Das von Powner et al. (2009) vorgestellte Synthesekonzept kann einen lang erhofften Impuls für die präbiotische Synthese von elementaren Molekülen zum Aufbau erster lebender Systeme liefern. Die chemische Erfahrung zeigt aber, dass auch bei den vorgestellten Synthesen „geeignete Bedingungen“ für erfolgreiche Reaktionen gewährleistet werden müssen. Dies schränkt die Plausibilität des Konzepts unter präbiotischen Bedingungen ein. Die von Vielen erhoffte Antwort für die Frage nach der Entstehung der ersten Nukleinsäuren konnten Powner et al. (noch) nicht geben, aber vielleicht eröffnen ihre Studien neue Denkwege und führen schließlich zu neuen Erkenntnissen.

Binder H (2009) Neue Synthese für Nukleinsäure-Bausteine – ein plausibler Weg zu ersten Nukleinsäuren? Studium Integrale Journal (in Vorb.)

Powner MW, Gerland B & Sutherland JD (2009) Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions. Nature 459, 239-242.

Autor dieser News: Harald Binder, 25.09.09

 
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