Kembridžo universiteto mokslininkai gavo naujų įrodymų, patvirtinančių RNR pasaulio hipotezę. Paaiškėjo, kad mažos aminorūgščių grandinės, sujungtos su RNR, pagerina jų katalizines savybes, leisdamos joms tapti mažiau priklausomoms nuo toksiškų jonų. Ir tai yra būtina sąlyga formuojant pirmąsias ląsteles. „Lenta.ru“pasakoja apie darbą, paskelbtą žurnale „Nature“.
Remiantis RNR pasaulio hipoteze, gyvenimas atsirado dėl paprastos biologinės sistemos, kurioje nebuvo DNR ir baltymų molekulių. Jį sudarė RNR kompleksai, galintys ne tik saugoti genetinę informaciją, bet ir katalizuoti chemines reakcijas (šiuo atveju jie buvo vadinami ribozimais). Kitaip tariant, jie sujungė DNR ir fermentų funkcijas. Tada RNR derinimas su peptidais ir dezoksiribonukleorūgštimi paskatino vienaląsčių organizmų atsiradimą. Tačiau kyla klausimas: kokia buvo RNR pasaulio ir baltymų sąveikos nauda?
- „Salik.biz“
Manoma, kad ribaviridai, vadinami RNR polimerazėmis, sudarė didžiąją dalį RNR pasaulio. Jie buvo replikatoriai - objektai, galintys savarankiškai replikuoti. Šaltiniai tam buvo pirminiame sultinyje esantys nukleotidai. Iš pradžių ribozimams buvo sunku save nukopijuoti, nes jų kataliziniai sugebėjimai nebuvo išvystyti. Jie padarė klaidų, dėl kurių atsirado ribozimai su mutacijomis. Dėl šių pokyčių RNR polimerazė gali netekti galimybės katalizuoti, tačiau kai kuriais atvejais, priešingai, ši kokybė pagerėjo. Laikui bėgant, ribozimai dauginosi greičiau ir tiksliau, tapo gausesni ir laimėjo konkursą dėl išteklių.
Taigi, ribbozimai buvo pirminiai genomai, nes jie saugojo genetinę informaciją apie savo seką. Vėliau jie buvo įkapsuliuoti į lipidų membranų suformuotas daleles, dėl kurių susiformavo pirmasis baltymas. Mokslininkai sugeba susintetinti RNR polimerazės ribozimo analogus, kurie katalizuoja kitų ribozių sintezę ar net nukopijuoja trumpas ribonukleotidų sekas. Tačiau vis dar neįmanoma gauti ribozimo replikatoriaus.
Ribosomos Thermus thermophilus
Vaizdas: „Public Domain“/ „Wikimedia“
Yra ir kita problema. Laboratorijose susintetinti ribozimai yra aktyvūs tik esant labai didelei magnio jonų koncentracijai, kuri naikina lipidų membranas. Tai reiškia, kad yra esminis ribonukleinių RNR polimerazių ir protocilos formavimosi procesų nesuderinamumas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Padėtį išgelbėjo tai, kad RNR molekulės nebuvo išskirtos iš daugelio kitų cheminių junginių, tokių kaip peptidai. Ribozimai gali bendradarbiauti su aminorūgščių sekomis, kurios turėjo įtakos jų funkcijai. Tai taip pat patvirtina faktas, kad ribotinų, tokių kaip spiceicemos (supjaustyti brandinantys MNR RNR), ribosomos (dalyvaujančios baltymų sintezėje) ir ribonukleazė P (katalizuoja RNR skaidymą), aktyvumas priklauso nuo susijusių baltymų. Moksliniai tyrimai parodė, kad tam tikri baltymai, kurie jungiasi su ribozimiais, sukelia jų antrinės struktūros ir funkcijos pokyčius. Taigi, ribonukleazių P atveju, baltymai gali sumažinti magnio jonų koncentraciją, reikalingą jų veiklai. Atsižvelgdami į tai, mokslininkai nusprendė išsiaiškinti, ar peptidai gali panašiai paveikti RNR polimerazės ribozimų funkciją, sumažindami jų priklausomybę nuo magnio.
Norint atsakyti į šį klausimą, reikia pasirinkti ne bet kokius baltymus, o tik tuos, kurie kadaise sąveikavo su RNR pasaulio ribozimiais. Mokslininkai kreipėsi į ribosomų, kurios yra savotiškos molekulinės reliktas, struktūrą. Tyrimų rezultatai rodo, kad šiuolaikinės formos ribosomos jau buvo LUCA - visų šiuolaikinių gyvybės formų protėvis.
Thermus thermophilus ribosomų subvienetų struktūra
Vaizdas: Filipas Holligeris / Kembridžas
Ribosomos struktūroje, kurią sudaro baltymai, ribonukleorūgštys ir jonai, registruojama jos raida. Taigi, didžiojo ribosomų subvieneto pagrindas yra praturtintas magnio jonais. Palaipsniui jis buvo apaugęs papildomais moduliais, kuriuose jonai buvo pakeisti peptidais. Mokslininkų teigimu, ribozimų ir aminorūgščių grandinių santykis atspindi RNR pasaulio evoliucijos istoriją ir jo perėjimą į RNR-peptidų pasaulį. Štai kodėl buvo analizuotas peptidų iš ribosomų, kurie yra laikomi pačiomis seniausiomis baltymų sekomis Žemėje, poveikis.
Tyrėjai nustatė kelis peptidus iš abiejų ribosomų bakterijos „Thermus thermophilus“subvienetų, kurie sustiprino RNR polimerazės Z ribozimo, kuris atkartoja RNR molekules, aktyvumą.
Membraninių pūslelių fluorescencinės mikroskopijos vaizdas
Vaizdas: MRC molekulinės biologijos laboratorija / Kembridžas / Jungtinė Karalystė
Tačiau reikšmingiausią poveikį turėjo homopolimerinis lizino dekapeptidas (K10) - dešimties lizino molekulių aminorūgščių seka. Jis palaikė ribozimo funkcijas esant mažoms magnio jonų koncentracijoms, sudarydamas peptidų-ribozimo kompleksą. Mokslininkai teigė, kad taip yra dėl tarpinių medžiagų stabilizacijos kataliziniame cikle.
Norėdami patikrinti, ar šis peptidas gali skatinti ribozimų aktyvumą membranos skyriuje, tyrėjai atliko eksperimentą. Gautos stabilios pūslelės, susidedančios iš fosfolipidų ir diacilglicerolių, į kurių vidų įdėta RNR. Esant 10 milimolių magnio jonų koncentracijai (saugi membranai) ir esant K10, buvo stebima ribozimo katalizuojama RNR sintezė. Tačiau trūkstant magnio, sintezė nevyko.
Tai rodo, kad peptidai iš tikrųjų leido ribozimams atlikti katalizinį aktyvumą esant mažoms toksiškų jonų koncentracijoms. Dėl to sumažėjo RNR polimerazių priklausomybė nuo neorganinių molekulių, o tai palengvino jų evoliuciją ir galiausiai ląstelių evoliuciją.
Aleksandras Enikejevas