Теорія походження життя за участю РНК-білкового гібрида отримує нову підтримку

Теорія походження життя за участю РНК-білкового гібрида отримує нову підтримку



Карелла та його колег надихнули рибосоми, які тут транслюють ланцюг РНК.Авторство: Omikron/Наукова фотобібліотека

Хіміки кажуть, що вони вирішили важливу проблему в теорії зародження життя, продемонструвавши, що молекули РНК можуть з’єднувати короткі ланцюги амінокислот разом.

Висновки, опубліковані 11 травня в Природа1підтримують варіацію гіпотези «світу РНК», яка передбачає, що до еволюції ДНК та білків, які вона кодує, перші організми були засновані на ланцюгах РНК, молекули, яка одночасно може зберігати генетичну інформацію — як послідовності нуклеозидів. A, C, G і U — і діють як каталізатори хімічних реакцій.

Відкриття «відкриває широкі й принципово нові шляхи пошуку ранньої хімічної еволюції», говорить Білл Мартін, який вивчає молекулярну еволюцію в університеті Генріха Гейне в Дюссельдорфі в Німеччині.

У світі РНК, за стандартною теорією, життя могло існувати у вигляді складних ланцюгів прото-РНК, які були здатні як копіювати себе, так і конкурувати з іншими ланцюгами. Пізніше ці «РНК-ферменти» могли розвинути здатність будувати білки і, зрештою, передавати їх генетичну інформацію в більш стабільну ДНК. Як саме це могло статися, було відкритим питанням, частково тому, що каталізатори, виготовлені з однієї лише РНК, набагато менш ефективні, ніж ферменти на основі білків, що містяться в усіх живих клітинах сьогодні. «Хоча [RNA] каталізатори були відкриті, їхня каталітична сила погана», – каже Томас Карелл, хімік-органік з Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана в Німеччині.

РНК рибосома

Досліджуючи цю загадку, Карелл та його співробітники надихнулися роллю, яку відіграє РНК у тому, як усі сучасні організми будують білки: ланцюг РНК, що кодує ген (зазвичай скопійований з послідовності основ ДНК), проходить через велику молекулярну машину, яка називається рибосома, яка будує відповідний білок по одній амінокислоті.

На відміну від більшості ферментів, сама рибосома складається не тільки з білків, але й із сегментів РНК — і вони відіграють важливу роль у синтезі білків. Більше того, рибосома містить модифіковані версії стандартних нуклеозидів РНК A, C, G і U. Ці екзотичні нуклеозиди довгий час розглядалися як можливі залишки первісного бульйону.

Команда Карелла побудувала синтетичну молекулу РНК, яка включала два таких модифікованих нуклеозиду шляхом з’єднання двох частин РНК, які зазвичай зустрічаються в живих клітинах. На першому з екзотичних місць синтетична молекула могла зв’язатися з амінокислотою, яка потім рухалася вбік, щоб зв’язатися з другим екзотичним нуклеозидом, що прилягає до неї. Потім команда відокремила свої вихідні ланцюги РНК і внесла свіжу, що містить власну амінокислоту. Це було в правильному положенні, щоб утворити міцний ковалентний зв’язок з амінокислотою, раніше приєднаною до другого ланцюга. Процес продовжувався крок за кроком, вирощуючи короткий ланцюг амінокислот — міні-білок, який називається пептидом, — який прикріплювався до РНК. Для утворення зв’язків між амінокислотами потрібна енергія, яку дослідники забезпечували, заповнюючи амінокислоти різними реагентами в розчині.

«Це дуже захоплююча знахідка, — каже Мартін, — не лише тому, що вона визначає новий шлях до утворення пептидів на основі РНК, а й тому, що вона також відкриває нове еволюційне значення для модифікованих основ РНК, що зустрічаються в природі». Результати вказують на важливу роль РНК у витоках життя, але без необхідності самовідтворення РНК, додає Мартін.

Лорен Вільямс, хімік-біофізик з Технологічного інституту Джорджії в Атланті, погоджується. «Якщо походження РНК і походження білка пов’язані, і їх поява не є незалежним, тоді математика радикально зміщується на користь світу РНК-білок і відходить від світу РНК», — говорить він.

Щоб показати, що це вірогідне походження життя, вчені повинні виконати ще кілька кроків. Пептиди, які утворюються на РНК команди, складаються із випадкової послідовності амінокислот, а не з тієї, що визначається інформацією, що зберігається в РНК. Карелл каже, що більші структури РНК можуть мати ділянки, які складаються в форми, які «розпізнають» конкретні амінокислоти в певних місцях, створюючи добре визначену структуру. І деякі з цих складних РНК-пептидних гібридів можуть мати каталітичні властивості та піддаватися еволюційному тиску, щоб стати більш ефективними. «Якщо молекула може реплікуватися, у вас є щось на зразок міні-організму», — каже Карелл.



Source link

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.