Compositional diversity of minimal coacervates in a nucleic acid-peptide world

凝聚 核酸 多样性(政治) 肽核酸 化学 计算生物学 生物 生物化学 政治学 法学
作者
Karina K. Nakashima,Fatma Zohra Mihoubi,Kieran Russell,Fidan Rahmatova,Jagandeep S. Saraya,James D. Robinson,Maria Julia Maristany,Jan Huertas,Roger Rubio‐Sánchez,Derek K. O’Flaherty,Rosana Collepardo‐Guevara,Claudia Bonfio
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-l40ch
摘要

The early co-evolution of RNA and peptides is at the core of the RNA-peptide world hypothesis. Recent studies suggest that nucleotides and amino acids could have formed and polymerised non-enzymatically under prebiotic conditions, generating short oligonucleotides and peptides capable of non-enzymatic RNA replication and peptide synthesis. However, whether the cooperation between nucleic acids and peptides stems from their co-localisation in primitive compartments is unclear. Here we demonstrate the early and likely inevitable emergence of primitive coacervates via liquid-liquid phase separation of prebiotic heterogeneous mixtures of short non-coded oligonucleotides and peptides. We show that peptide/nucleic acid coacervates are more prone to form than peptide/peptide coacervates, and that peptide/RNA coacervates are remarkably more stable than peptide/DNA coacervates. Atomistic simulations confirm that the more extended and less structured conformation of RNA over DNA enables more contact points with peptides. The more abundant interactions in peptide/RNA coacervates lead to enhanced salt and thermal stability, yet reduced fluidity compared to their DNA counterparts - which are in turn capable to fully preserve RNA secondary structure upon partitioning. Our findings suggest that peptide/oligonucleotide co-localisation via coacervation would have inevitably occurred at an early stage of a more holistic nucleic acid-peptide world scenario. Both RNA and DNA would have thus been required to ensure the emergence of coacervates with balanced stability and fluidity to host non-enzymatic RNA chemistry.

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