Введение

Британский химик Лесли Элеазер Оргель (англ. Leslie Eleazer Orgel FRS; 12 января 1927 – 27 октября 2007) был британским химиком. Он известен своими теориями о происхождении жизни.

Биография

Лесли Оргель родился в Лондоне, Англия. Он получил степень бакалавра искусств по химии с отличием первого класса в Оксфордском университете в 1948 году. В 1951 году он был избран членом колледжа Магдалены в Оксфорде, а в 1953 году защитил докторскую диссертацию по химии. Оргель начал свою карьеру как теоретический неорганический химик и продолжил свои исследования в этой области в Оксфорде, Калифорнийском технологическом институте и Чикагском университете. Вместе с Сидни Бреннером, Джеком Дюнитцем, Дороти Ходжкин и Берил М. Оутон он был одним из первых, кто в апреле 1953 года увидел модель структуры ДНК, построенную Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном, в то время как он и другие ученые работали в химическом отделе Оксфордского университета. По словам покойной доктора Берил Оугтон, позже Риммер, они все вместе поехали на двух машинах, когда Дороти Ходжкин сообщила им, что они отправляются в Кембридж, чтобы увидеть модель структуры ДНК. Все были впечатлены новой моделью ДНК, особенно Бреннер, который впоследствии работал с Криком; сам Оргель также работал с Криком в Институте биологических исследований Солка. В 1955 году он присоединился к химическому факультету Кембриджского университета. Там он занимался химией переходных металлов и теорией поля лигандов, опубликовал несколько рецензируемых статей и написал учебник под названием «Химия переходных металлов: теория поля лигандов» (1960). Он разработал диаграмму Оргеля, показывающую энергии электронных состояний в комплексах переходных металлов. В 1963 году Оргель сформулировал свою теорию катастрофы ошибок трансляции белка как причины старения (до того, как Манфред Эйген использовал термин «катастрофа мутационных ошибок»), которая впоследствии была опровергнута экспериментально. В 1964 году Оргель был назначен старшим научным сотрудником и профессором-исследователем в Институте биологических исследований Солка в Ла-Холье, штат Калифорния, где он руководил лабораторией химической эволюции. Он также был адъюнкт-профессором кафедры химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего и одним из пяти ведущих исследователей в программе NSCORT, финансируемой НАСА, в области экзобиологии. Оргель также участвовал в программе «Викинг» НАСА по исследованию Марса в качестве члена группы молекулярного анализа, разработавшей прибор – газовый хроматограф-масс-спектрометр, который роботы доставили на планету Марс. Лаборатория Оргеля нашла экономичный способ получения цитарабина, соединения, которое сегодня является одним из наиболее часто используемых противораковых препаратов. Вместе со Стэнли Миллером Оргель предположил, что пептидные нуклеиновые кислоты, а не рибонуклеиновые кислоты, составляли первые пребиотические системы, способные к самовоспроизведению на ранней Земле. Его имя известно благодаря правилам Оргеля, особенно второму правилу Оргеля: «Эволюция умнее тебя». В своей книге «Происхождение жизни» Оргель ввел понятие «специфическая сложность», чтобы описать критерий, по которому живые организмы отличаются от неживой материи. Он опубликовал более трехсот статей в своих областях исследований. В 1993 году Оргель выступил на конференции «Что такое жизнь?» в Тринити-колледже в Дублине, Ирландия, вместе со многими другими выдающимися учеными, изучающими происхождение жизни, такими как Манфред Эйген, Джон Мейнард Смит и Стивен Джей Гулд. Его доклад был посвящен теме «Молекулярная структура и неупорядоченные кристаллы». Оргель умер от рака поджелудочной железы 27 октября 2007 года в San Diego Hospice & Palliative Care в Сан-Диего, Калифорния.

Синтез нуклеобаз

Оргель предложил новое решение проблемы с предложенным Хуаном Оро механизмом синтеза нуклеобаз на ранней Земле, основанным на реакции пяти молекул цианистого водорода (HCN) с образованием аденина. Суть проблемы заключалась в том, что для этого потребовалась бы гораздо более высокая концентрация цианистого водорода, чем предполагают имеющиеся данные. Оргель предположил, что цианистый водород находился в замороженном состоянии в растворе. Это позволило бы сконцентрировать молекулы HCN в пространствах между кристаллической решеткой льда и, кроме того, решить проблему высокой летучести HCN в жидком водном растворе.

Формирование нуклеозидов

Для синтеза нуклеозидов (нуклеобаза + рибозный сахар) Оргель предложил почти противоположный подход, нагревая смесь рибозы и пуриновых нуклеобаз гипоксантина, аденина и гуанина до сухого остатка в присутствии ионов магния. Эта реакция обеспечивает образование гликозидной связи в правильном положении двумя способами: нуклеобаза присоединяется к правильному атому углерода рибозы и в правильной ориентации (β-аномер). Однако позднее синтез подвергся критике, поскольку он наиболее эффективно работал с гипоксантином – нуклеобазой, не имеющей значения для современной жизни на Земле, – и поскольку он не был специфичен к рибозе и мог применяться и к другим сахарам.

Полимеризация РНК

Продолжая свою работу по изучению пребиотического синтеза РНК, Оргель исследовал механизмы, с помощью которых неорганические фосфатные и нуклеотидные фосфорильные группы могли быть химически активированы для конденсации в полимеры нуклеиновых кислот. Начиная с 1960-х годов, Оргель исследовал различные активирующие агенты на основе цианидов, которые могли правдоподобно присутствовать на молодой Земле. Было обнаружено, что карбодимидный реагент эффективно активирует нуклеотидные фосфорильные группы и способствует образованию коротких димеров и тримеров аденозина. Оргель также предположил, что одна единственная цепь РНК могла служить шаблоном для первой жизни на Земле, и что эти нуклеотиды, активированные имидазолом, могли использовать эту цепь РНК в качестве шаблона для полимеризации и репликации. Лорманн и Оргель сообщили, что фосфоримидазолидное производное аденозинмонофосфата (в котором атом кислорода фосфорильной группы замещен имидазольным кольцом) образует короткие олигомеры аденозина в присутствии полиуридиновых шаблонов. Pb2+ приводил к образованию преимущественно нуклеотидов, связанных по 5’–2’, в то время как Zn2+ приводил к образованию преимущественно нуклеотидов, связанных по 5’–3’, из гуанозинфосфоримидазолидов в присутствии полицитидинового шаблона. Также было показано, что монтмориллонитовая глина способствует полимеризации аденозинфосфоримидазолида в олигонуклеотиды длиной в десятки оснований, начиная с полиаденозинового праймера длиной 10 оснований. В отсутствие монтмориллонита праймер «закрывался» путем образования 5'-аденозинпирофосфата. Олигонуклеотидные продукты в ранних исследованиях обычно характеризовались комбинацией радиоактивной маркировки 14C, гель-электрофореза и электрофореза на бумаге. Ферментативное расщепление использовалось для дифференциации региоизомеров. Появление ВЭЖХ (HPLC) позволило характеризовать длинные олигомеры гуанозина. Они предложили конструкцию космического корабля, который инопланетяне могли бы использовать для распространения жизни на Земле.

Мир РНК

В конце 1960-х годов Оргель предположил, что жизнь изначально основывалась на РНК, а уже затем – на ДНК и белках. Его теория включала гены на основе РНК и РНК-ферменты. Эта идея была развита и оформилась в широко признанную гипотезу мира РНК. Почти тридцать лет спустя Оргель написал развернутый обзор гипотезы мира РНК. В этом обзоре были рассмотрены многочисленные предложенные пути синтеза РНК и ее компонентов в абиотических условиях, отмечена важность открытия рибозимов (молекул РНК, функционирующих как ферменты, что Оргель когда-то и предсказал), а также продемонстрированы полимеры нуклеиновых кислот с альтернативами рибозе, такие как триозонуклеиновая кислота (ТНК) и пептидонуклеиновая кислота (ПНК). В заключение Оргель писал: "Необходимо признать, что, несмотря на значительный прогресс, проблема происхождения мира РНК остается далекой от решения".