Asam amino adalah unit pembangun protein, “kuda pekerja” kehidupan yang esensial bagi hampir setiap proses hidup. Namun, protein tidak dapat mereplikasi atau menghasilkan dirinya sendiri – mereka memerlukan instruksi. Instruksi ini disediakan oleh RNA, sepupu kimia dekat dari DNA (asam deoksiribonukleat).
Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di Nature, para peneliti berhasil menghubungkan asam amino penyusun kehidupan dengan RNA secara kimiawi dalam kondisi yang mungkin terjadi pada Bumi purba – sebuah pencapaian yang telah luput dari para ilmuwan sejak awal tahun 1970-an.
Penulis senior, Profesor Matthew Powner, yang berbasis di Departemen Kimia UCL, mengatakan: “Kehidupan bergantung pada kemampuan untuk mensintesis protein – mereka adalah molekul fungsional kunci kehidupan. Memahami asal usul sintesis protein adalah fundamental untuk memahami dari mana kehidupan berasal.”
“Studi kami adalah langkah besar menuju tujuan ini, menunjukkan bagaimana RNA mungkin pertama kali mulai mengendalikan sintesis protein.”
“Kehidupan saat ini menggunakan mesin molekuler yang sangat kompleks, yaitu ribosom, untuk mensintesis protein. Mesin ini memerlukan instruksi kimia yang tertulis dalam messenger RNA (mRNA), yang membawa urutan gen dari DNA sel ke ribosom. Ribosom kemudian, seperti jalur perakitan pabrik, membaca RNA ini dan menghubungkan asam-asam amino satu per satu untuk menciptakan sebuah protein.”
“Kami telah mencapai bagian pertama dari proses kompleks itu, menggunakan kimia yang sangat sederhana dalam air pada pH netral untuk menghubungkan asam amino ke RNA. Reaksi kimianya spontan, selektif, dan dapat terjadi pada Bumi purba.”
Upaya sebelumnya untuk menempelkan asam amino ke RNA menggunakan molekul yang sangat reaktif, tetapi molekul-molekul ini terurai dalam air dan menyebabkan asam amino saling bereaksi satu sama lain, alih-alih terhubung ke RNA.
Untuk studi baru ini, para peneliti mengambil inspirasi dari biologi, menggunakan metode yang lebih lembut untuk mengubah asam amino kehidupan menjadi bentuk yang reaktif. Aktivasi ini melibatkan tioester, senyawa kimia berenergi tinggi yang penting dalam banyak proses biokimia kehidupan dan yang sebelumnya telah dihipotesiskan memainkan peran pada awal kehidupan*.
Profesor Powner mengatakan: “Studi kami menyatukan dua teori asal usul kehidupan yang menonjol – ‘dunia RNA’, di mana RNA yang mereplikasi sendiri diusulkan sebagai hal fundamental, dan ‘dunia tioester’, di mana tioester dipandang sebagai sumber energi untuk bentuk kehidupan paling awal.”
Untuk membentuk tioester ini, asam amino bereaksi dengan senyawa pembawa sulfur yang disebut pantetein. Tahun lalu, tim yang sama menerbitkan makalah yang menunjukkan bahwa pantetein dapat disintesis dalam kondisi yang menyerupai Bumi purba, menunjukkan bahwa kemungkinan ia memainkan peran dalam memulai kehidupan.
Langkah selanjutnya, kata para peneliti, adalah menentukan bagaimana urutan RNA dapat mengikat secara preferensial ke asam amino spesifik, sehingga RNA dapat mulai mengkode instruksi untuk sintesis protein – asal usul kode genetik.
“Ada banyak masalah yang harus diatasi sebelum kita dapat sepenuhnya mengungkap asal usul kehidupan, tetapi yang paling menantang dan menarik tetap adalah asal usul sintesis protein,” kata Profesor Powner.
Penulis utama, Dr. Jyoti Singh, dari UCL Chemistry, mengatakan: “Bayangkan suatu hari di mana ahli kimia mungkin mengambil molekul-molekul kecil sederhana, yang terdiri dari atom karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, dan belerang, dan dari potongan LEGO ini membentuk molekul yang mampu mereplikasi diri. Itu akan menjadi langkah monumental untuk memecahkan pertanyaan tentang asal usul kehidupan.”
“Studi kami membawa kita lebih dekat ke tujuan itu dengan menunjukkan bagaimana dua potongan LEGO kimia purba (asam amino teraktivasi dan RNA) dapat membentuk peptida**, rantai pendek asam amino yang esensial bagi kehidupan.”
“Apa yang sangat revolusioner adalah bahwa asam amino teraktivasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah tioester, sejenis molekul yang dibuat dari Koenzim A, bahan kimia yang ditemukan di semua sel hidup. Penemuan ini berpotensi menghubungkan metabolisme, kode genetik, dan pembangunan protein.”
Meskipun makalah berfokus hanya pada aspek kimia, tim peneliti mengatakan bahwa reaksi yang mereka demonstrasikan dapat secara masuk akal terjadi di genangan air atau danau pada Bumi purba (tetapi kemungkinan tidak di lautan karena konsentrasi bahannya kemungkinan terlalu encer).
Reaksinya terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop cahaya tampak dan dilacak menggunakan berbagai teknik yang digunakan untuk menyelidiki struktur molekul, termasuk beberapa jenis pencitraan resonansi magnetik (yang menunjukkan bagaimana atom-atom disusun) dan spektrometri massa (yang menunjukkan ukuran molekul).
Peraih Nobel Christian de Duve mengusulkan bahwa kehidupan dimulai dengan “dunia tioester” – sebuah teori metabolism-first yang membayangkan kehidupan dimulai oleh reaksi kimia yang ditenagai oleh energi dalam tioester.
Peptida biasanya terdiri dari dua hingga 50 asam amino, sedangkan protein lebih besar, sering kali mengandung ratusan atau bahkan ribuan asam amino, dan terlipat menjadi bentuk 3D. Sebagai bagian dari studi mereka, tim peneliti menunjukkan bagaimana, setelah asam amino dimuat ke RNA, mereka dapat mensintesis dengan asam amino lain untuk membentuk peptida.
