Ученые доказали что всё живое возникло спонтанно...
Ученым из Кембриджского университета удалось получить новые свидетельства, которые доказывают гипотезу РНК-мира. Как было установлено, аминокислотные цепочки небольших размеров при соединении с РНК, способствуют улучшению их каталитических свойств, позволяя им быть менее зависимыми от токсичных ионов. А это является необходимым условием формирования первых клеток.
Гипотеза РНК-мира говорит о том, что жизнь на планете возникла из биологической системы, которая не имела белковых молекул и ДНК. В состав ее входили комплексы РНК, которые были способны не только сохранять генетическую информацию, но и катализировать химические реакции (в таком случае они назывались рибозимами). Проще говоря, в себе они сочетали функции ферментов и ДНК. Позже соединение РНК с ДНК и пептидами послужило основой для возникновения одноклеточных организмов. Ученые, в то же время, задаются вопросом: в чем заключалась выгода от взаимодействия между белками и РНК-миром?
Принято считать, что рибозимы, которые называют РНК-полимеразами, составляли основу населения РНК-мира. Это были репликаторы – то есть, объекты, которые имели способность к самовоспроизведению. Ресурсами для него были нуклеотиды в первичном бульоне. Изначально рибозимы копировали себя с большим трудом, в силу слабого развития их каталитических способностей. Совершалось множество ошибок, в результате которых образовывалось немало рибозим с мутациями. Подобные изменения могли лишить способности к катализу РНК-полимеразу, хотя в некоторых случаях эта особенность улучшалась. Со временем рибозимы приобрели способность все точнее и быстрее воспроизводиться, становясь более многочисленными и выигрывая в конкурентной борьбе за ресурсы.
Таким образом, рибозимы были первичными геномами, потому как хранили в себе генетические данные относительно своей собственной последовательности. Позже рибозимы образовывали внутри частиц, которые были образованы липидными мембранами, очаги, которые впоследствии привели к образованию первой протоклетки. Ученые в настоящее время научились выводить аналоги РНК-полимеразного рабозима, катализирующих образование других рибозимов, и даже копировать небольшие последовательности рибонуклеотидов. В то же время, получить рибозим-репликатор ученые до настоящего времени не могут.
Существует и еще одна проблема: рибозимы, которые синтезированы лабораторных условиях, активны исключительно при наличии высоких концентраций ионов магния, разрушающих липидные мембраны. Иными словами, речь идет о фундаментальной несовместимости между РНК-полимеразами и процессами образования протоклеток.
В определенной мере спасает ситуацию то обстоятельство, что молекулы РНК не были изолированы от множества других химических соединений, в частности, пептидов. Рибозимы могли взаимодействовать с аминокислотными последовательностями, что оказывало определенное влияние на их функции. Доказательством тому может служить, в частности, то, что активность рибозимов-сплайсосомов, которые вырезают из созревающей матричной РНК интроны, рибосом, которые принимают участие в синтезе белков, а также рибонуклеазы Р, которая катализирует деградацию РНК, зависит от родственных белков. Согласно результатам исследований, часть белков, которые связываются с рибозимами, вызывают определенные изменения в их функциях и вторичной структуре. Так, в частности, в случае с рибонуклеазами Р белки имеют способность снижать концентрацию ионов магния, которая необходима для их активности. Принимая это во внимание, ученые решили установить, могли ли пептиды оказать влияние на функции РНК-полимеразных рибозимов, уменьшив их зависимость от магния.
Для ответа на данный вопрос нужно взять не любые белки, а только те из них, которые когда-либо взаимодействовали с рибозимами РНК-мира. Исследователи за основу взяли структуру рибосом, которые представляют собой молекулярный реликт. Полученные результаты доказывают, что в своем современном виде рибосомы имелись уже у общего предка всех современных форм жизни.
Вся эволюция рибосомы, которая образована рибонуклеиновыми кислотами, белками и ионами, записана в ее строении. В частности, основа большой рибосомной субъединицы обогащена ионами магния. Постепенно, с образованием дополнительных модулей, ионы заменялись пептидами. По словам ученых, связь между аминокислотными цепочками и рибозимами является отражением истории эволюции РНК-мира и его перехода к РНК-пептидному миру. По этой причине исследователи и провели анализ действия пептидов из рибосом, считающихся наиболее древними белковыми последовательностями на планете.
Исследователям удалось определить немало пептидов из двух субъединиц рибосомы одной из множества бактерий, которые усиливали активность РНК-полимеразного рибозима Z, копирующего РНК-молекулы.
Наиболее значительное действие имела аминокислотная цепочка из десяти молекул лизинов — лизиновый гомополимерный декапептид К10. Он образовывал пептидно-рибозимный комплекс, поддерживая при низких концентрациях ионов магния функции рибозима. На основании этого исследователи предположили, что подобное обусловлено стабилизацией в каталитическом цикле промежуточных веществ.
С целью проверить, мог ли данный пептид способствовать активности внутри мембранного участка, ученые провели исследование. Они получили стабильные пузырьки, которые состояли из диацилглицериновв и фосфолипидов, внутрь которых внедряли РНК. При наличии аминокислотной последовательности К10 и при безопасной для мембраны концентрации ионов магния 10 миллимоль происходил синтез РНК, который катализировался рибозимом. При отсутствии ионов магния синтез не происходил.
По словам ученых, это может свидетельствовать о том, что пептиды позволяют рибозимам при низких концентрациях токсичных ионов осуществлять каталитическую активность. Зависимость РНК-полимераз от неорганических молекул в конечном итоге уменьшилась, что оказало влияние на их развитие и, как результат, на развитие клеток.
Click to share on Twitter (Opens in new windowClick to share on Facebook (Opens in new winlick to share on Google+ (Opens in new wiick to share on Telegram (Ope