Статьи

Земні білки виникли просто

Для синтезу найперших білкових молекул на Землі не було потрібно ніяких екстремальних умов.

Одна з головних реакцій у всіх клітинах: білок з класу РНК-полімерази робить РНК-копію на ДНК-шаблоні (РНК і ДНК показані спіральними нитками в центрі білкової молекули). (Ілюстрація: NIH Image Gallery / Flickr.com .) Фрагмент молекули РНК, різними кольорами позначені різні атоми. (Ілюстрація: Zappys Technology Solutions / Flickr.com .)

<

>

Зародження життя на Землі зазвичай асоціюється з якимись надзвичайними катаклізмами. Справа в тому, що біологічні молекули влаштовані складно, а хімічні сполуки в «дожиттєвих» часи були досить простими. У лабораторних умовах «зліпити» біологічні молекули з простих компонентів - завдання не з легких, і довгий час вважалося, що подібні реакції вимагали величезної кількості енергії і могли протікати лише у виняткових умовах - за допомогою сильного УФ-випромінювання, на тлі блискучих блискавок і палаючих вулканів.

Але хто сказав, що складні біологічні молекули насправді утворилися за один прийом? Ймовірно, на ділі все відбувалося в кілька етапів і з безліччю проміжних речовин, які, в свою чергу, допомагали процесу «жизнестроительства» просуватися далі, аж до появи біомолекули. Такої точки зору дотримуються дослідники з Технологічного інституту Джорджії , Які запропонували сценарій виникнення перших білків на нашій планеті.

На думку Джея Форсайта (Jay Forsythe) і його колег, все почалося з депсіпептідов - белковоподобних молекул, що містять в своєму складі, крім амінокислот, ще й гідроксикислоти. Так називають структурні аналоги амінокислот, які часто знаходять на метеоритах і в яких не бракувало ні тоді, ні зараз. (Наприклад, до гідроксикислота відносять лимонну, молочну та яблучну кислоти.) Гідроксикислоти набагато легше зв'язуються з амінокислотами, ніж амінокислоти - між собою. З іншого боку, їх зв'язку з амінокислотами дуже легко руйнуються водою, тоді як зв'язку амінокислот один з одним у водних розчинах дуже стійкі.

Якщо уявити, що депсіпептіди то «висихають», то знову потрапляють у воду, гідроксикислоти з них будуть вимиватися, а в місця, що звільняються будуть вбудовуватися амінокислоти з «водостійкими» зв'язками, і через якийсь час депсіпептіди складатимуться вже тільки з одних амінокислот. Варто підкреслити, що самі по собі, без посередництва гидроксикислот, амінокислоти при звичайних умовах з'єднуватися не стали б, особливо в такі великі структури.

Це не просто абстрактна гіпотеза - перетворення депсіпептідов в білки дослідники спостерігали в лабораторному експерименті. Більш того, виявилося, що у такий спосіб можна отримати молекули самого різного будови, а де є різноманітність, там є і еволюційний відбір. У природних умовах така реакція могла відбуватися десь в прибережній зоні дрібних, насичених органічними речовинами водойм, на каменях, куди депсіпептіди приносило хвилями і де вони висихали на сонці, а потім з бризками і дощем знову «сповзали» назад - і так багато разів поспіль. Повністю результати досліджень опубліковані в Proceedings of the National Academy of Sciences .

Як нові результати співвідносяться із загальними уявленнями про появу життя, які побутують в сучасній науці? Ні для кого не секрет, що амінокислоти у нас в клітинах ніколи не збираються в білки самі по собі. Для збірки білків існує спеціальна молекулярна машина, яка приєднує амінокислоти в строго визначеної послідовності, прописаної в геномі. Тому довгий час все дивувалися, як на етапі зародження життя білок міг з'явитися раніше, ніж нуклеїнова кислота, якщо інформація про його структуру закодована саме в ній? Залишалося тільки допустити, що так було не завжди. З'явилася гіпотеза, що «на зорі часів» білки нічим не кодувалися і виникали в результаті самозборки.

Такий «початковий біосинтез» спробували здійснити в лабораторних умовах, намагаючись зімітувати умови, в яких хімічні сполуки перебували на планеті мільярди років тому: через реакційні суміші пропускали електричні розряди, розігрівали їх до аномальних за сучасними мірками температур тощо. Щось в результаті виходило , але виходило погано: до таких витончених експериментів, як з депсіпептідамі, було ще далеко.
Інша проблема з білкової гіпотезою стосувалася спадковості. Якщо амінокислоти в білку шикуються щоразу в випадкову послідовність, і послідовність ця ніде не кодується (по білкової гіпотезі, нуклеїнових кислот ще немає), то структуру конкретного білка просто неможливо повторити - не може з'явитися другого покоління молекул, які повторювали б «предків».

Але для того, щоб вийшла найпримітивніша клітина з найпримітивніших обміном речовин, потрібно мати на руках досить значний комплект білків. Імовірність того, що вони все могли б вийти одночасно, зникаюче мала. Таке могло б статися, якби інформація про них зберігалася довгий час, тоді ті, хто з'явився раніше, відтворюючи себе в наступних поколіннях, могли б дочекатися інших. Але копіювати самі себе білки не можуть, а сторонніх носіїв інформації тоді, повторимо, ще не було.
Рішення проблеми з передачею спадкової інформації з'явилося з відкриттям у нуклеїнових кислот виключно важливих властивостей. Клітини синтезують і РНК, і ДНК за допомогою ферментів - білків, які полегшують реакцію приєднання нуклеотидів (складових частин нуклеїнових кислот) один до одного.

Ферментативні властивості довгий час вважалися унікальними для білків, але в 1970-ті їх раптом виявили і у деяких різновидів рибонуклеїнової кислоти. Виявилося, що деякі РНК здатні каталізувати приєднання нуклеотидів - тобто РНК синтезувала РНК. І, що важливо, при синтезі нуклеїнова кислота відтворювала власну нуклеотидів послідовність. Іншими словами, можна уявити собі стародавній світ біомолекул, які передають інформацію про самих себе з покоління в покоління, тільки біомолекули ці - НЕ білки, а РНК. З'явилася гіпотеза «світу РНК», яка залишається загальноприйнятою і до цього дня.
Копіюючи самих себе, нуклеїнові кислоти неминуче допускали помилки, так що «нащадки» виходили, хоч в цілому і схожими на «батьків», але все-таки з відмінностями. Під впливом умов середовища з таких різноманітних нащадків перевага отримували лише деякі - наприклад, ті, які копіювали себе швидше за інших.

Надалі виявилося, що швидше за все справа йде з допомогою інших молекул - наприклад, білків, так що в підсумку в еволюційної гонці вперед вирвалися ті, хто навчився симбіозу з білками. У міру розвитку нуклеїново-білкових «відносин» виник генетичний код, коли нуклеїнові кислоти навчилися кодувати амінокислотну послідовність своїх «напарників», а РНК поступилася місцем ДНК як головної спадкової молекулі .
У гіпотезі «світу РНК» все ще багато умоглядних припущень, однак тут поступово з'являються нові дослідження, що дозволяють цілком задовільно проілюструвати деякі темні місця - так, експерименти з депсіпептідамі показують, що у стародавніх нуклеїнових кислот міг бути широкий вибір в сенсі білкових молекул для співпраці.

Ну а що стосується самого вихідної сировини, з якого повинні були вийти біомолекули, то з цим, як тепер відомо, проблем не було - всі необхідні будівельні сполуки легко могли з'явитися в земній «первинному супі».

Але хто сказав, що складні біологічні молекули насправді утворилися за один прийом?
Як нові результати співвідносяться із загальними уявленнями про появу життя, які побутують в сучасній науці?
Тому довгий час все дивувалися, як на етапі зародження життя білок міг з'явитися раніше, ніж нуклеїнова кислота, якщо інформація про його структуру закодована саме в ній?

Новости

Где купить переходник на объектив линк

Давно занимаюсь фотографией, разумеется, в работе требуются разные объективы. Но конструкция постоянно меняется. Для установки объективов на камеры нового поколения, типа EOS 5D markIII и других

Хорошее туристическое агентство

Много интересного можно найти и в своей стране, а не только за рубежом. Стоит только поискать, и вы с удивлением обнаружите очень много мест ничем не хуже разрекламированных мировых чудес, только рядом,

Где купить держатель для телефона в авто

Жизнь нас не ждет и все время увеличивает темпы своего ритма. В таком бешеном круговороте нельзя никуда опаздывать и нельзя ничего пропускать. Мобильный телефон - настоящий друг и помощник при такой

Увлекательные туры по Украине

Когда кто-то спрашивает, что может быть лучше гор? В привычку у людей вошёл ответ только горы. Мне хотелось бы поспорить с этим выражением, ведь есть не менее прекрасные реки! Особенно хорошо всю красоту

Новости грузии сегодня видео
Выбор медицинского оборудования на сегодняшний день очень велик. Однако я, когда покупал оборудование для своей небольшой частной клиники, остановил свой выбор на продукции компании Медаппарат стол

Последние новости грузии видео
У меня были большие финансовые проблемы, которые могли решиться лишь продажей автомобиля, но расставаться я совсем не хотел с ним. Но мне повезло, что я наткнулся на автоломбард, который предложил мне