„ | Стыдно признаться, но я так и не понял, кто кого куда и, главное, зачем послал, имея ввиду явно неоднозначный заголовок. | “ |
Уже много десятилетий биологи, химики и даже математики работают над проблемой зарождения жизни. И хотя уже существуют научно обоснованные и подкрепленные гипотезы химической эволюции до появления первой клетки, работы в этом направлении продолжаются. «Лента.ру» рассказывает о новом исследовании, посвященном проблеме РНК-мира, результаты которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые из Портлендского государственного университета, проводя эксперименты над рибозимами, выяснили, что способность этих молекул катализировать собственную сборку зависит от их взаимодействия с другими подобными молекулами. Исследование косвенно подкрепляет гипотезу РНК-мира, которая гласит, что первой органической молекулой, ставшей основой для первых клеток, была РНК. Эти молекулы РНК были способны самосинтезироваться, конкурировать друг с другом и участвовать в пребиотической эволюции, когда наиболее успешные соединения становились базой для более сложных химических комплексов.
Многим известно, что в живых клетках имеются свои специальные катализаторы: ферменты, представляющие собой сложно свернутые белковые молекулы, осуществляющие жизненно важные реакции. Однако ферментами могут быть не только белки, но и цепочки РНК. Напомним, РНК — это нуклеиновая кислота, очень похожая на ДНК, но отличается от нее тем, что в ее состав входит сахар рибоза (а не дезоксирибоза), а одно из азотистых оснований — тимин — заменен на урацил. По мнению ученых, РНК появилась раньше ДНК, поскольку она гораздо стабильнее и может осуществлять каталитические реакции без помощи белков. Молекулы РНК, являющиеся ферментами, называются рибозимами. Как правило, рибозимы катализируют расщепление самих себя или других молекул РНК.
Одним из самых хорошо изученных рибозимов является Azo — фермент, который изготавливается учеными из самовырезающихся интронов группы I, содержащихся в ДНК бактерии Azoarcus. Интроны — это участки генов, которые не содержат информации о последовательности белка или нуклеиновой кислоты, и вырезаются во время созревания информационной РНК (иРНК). Все интроны группы I катализируют свое собственное вырезание из последовательности РНК. Интересующий ученых интрон-рибозим Azo находится в гене, который кодирует транспортную РНК (тРНК), несущую аминокислоту изолейцин. Внутри клетки Azo, как и другие рибозимы, осуществляет свое собственное вырезание из тРНК, однако в лабораторных условиях он смог научиться осуществлять обратный сплайсинг: рибозим разрезает в определенном месте субстрат — короткую молекулу РНК с определенной последовательностью нуклеотидов, кусочки которого остаются прикрепленными к Azo.
Azo состоит примерно из 200 нуклеотидов и может распадаться на два, три или четыре фрагмента, которые спонтанно собираются вместе при температуре 42 градуса Цельсия в присутствии раствора MgCl2. Процесс самосборки начинается со взаимодействия между двумя тройками нуклеотидов (триплетами), принадлежащими разным фрагментам РНК. Когда между триплетами образуются водородные связи по принципу комплементарности, части рибозима меняют свою пространственную структуру и воссоединяются друг с другом. Ученые сфокусировались на реакции самосборки двух фрагментов, которые условно назвали WXY и Z, где W, X, Y и Z представляют собой отдельный участки рибозима длиной примерно в 50 нуклеотидов (Рис.1). На участке W, на переднем конце молекулы РНК, располагается один из триплетов, который участвует в инициации самосборки и называется «внутренней гидирующей последовательностью» (internal guide sequence — IGS). На конце WXY находится триплет tag, который, взаимодействуя с IGS, образует прочную ковалентную связь с фрагментом Z.
Исследователи создали различные варианты (генотипы) фрагментов WXY, меняя нуклеотиды, находящиеся в серединке триплетов IGS и tag (нуклеотиды M и N соответственно). Так как молекулы РНК обычно образованы всего четырьмя типами нуклеотидов, таких вариантов оказалось 16. Например, одним из генотипов может быть 5'-GGG-WXY-CAU-3', а другим 5'-GСG-WXY-CUU-3'. Все эти варианты молекул могут конкурировать друг с другом, формируя различные метаболические сети, в которых общий ресурс — молекула Z — требуется для восстановления целого рибозима.
В своих экспериментах ученые сначала проверили способность каждого генотипа к самосборке в отдельности. Когда M и N формируют пары Уотсона-Крика (то есть по принципу комплементарности, А — U, C — G), скорость самосборки рибозима становится выше, чем для других типов пар. Затем исследователи смоделировали условия теплого «маленького пруда», в котором различные пребиотические молекулы, взаимодействуя между собой, приобретают выгоды друг от друга и ускоряют процессы самоорганизации. Биохимики проследили за поведением генотипов в паре друг с другом, всего ученые изучили 120 пар, состоящих из двух непохожих вариантов WXY. Они измерили скорость каждой реакции, проходившей между молекулами двух генотипов WXY и фрагментами Z внутри отдельных пробирок в течение 30 минут.
Совместив результаты обоих этапов эксперимента и получив скорости самосборки при взаимодействии двух различных генотипов, исследователи поставили эволюционный эксперимент. Пары генотипов были смешаны в одинаковой пропорции, снабжены Z-фрагментами и реагировали друг с другом в течение пяти минут. В течение этого времени ученые отбирали 10 процентов раствора в новую пробирку, в которой присутствовало большее количество непрореагировавших WXY каждого генотипа и Z-фрагменты. Ученые отслеживали соотношения каждого WXYZ-генотипа в течение восьми таких переносов. Это позволило оценить химический эквивалент эволюционной успешности рибозимов в течение поколений, которая наблюдалась как «взрыв» — то есть сильное увеличение скорости самосборки РНК. В эволюционном эксперименте биологи изучали взаимодействие семи пар рибозимов.
На основе всех лабораторных экспериментов ученые вывели математическую модель дифференциальных уравнений, учитывающих скорость самосборки генотипов в присутствие других генотипов или без них. Эта модель стала основой для новой эволюционной теории игр, где определяются несколько поведений молекул РНК. В одном случае, называемом «Доминирование», один из генотипов всегда встречается чаще, чем другой, при том что его скорость самосборки всегда превышает скорость конкурента. В другом случае — «Кооперация» — оба генотипа, что взаимодействуют друг с другом, получают от «сотрудничества» выгоду, и скорость их самосборки превышает ту, что была бы у них в отдельности друг от друга. «Эгоистичный сценарий» — прямая противоположность «Кооперации» — означает, что каждый рибозим в отдельности получает больше, чем при взаимодействии с кем-то еще. И, наконец, в «Контрдоминировании» генотип с низкой скоростью самосборки неожиданно начинает встречаться чаще, чем его конкурент.
Это исследование не направлено на прямое доказательство гипотезы РНК-мира, однако оно представляет собой еще один элемент в мозаике научных представлений о пребиотической эволюции. Впервые показано, что энзиматические свойства отдельных молекул могут улучшаться в присутствии других молекул, которые отличаются всего лишь одним-двумя нуклеотидами. В гигантском растворе, которым были земные океаны на заре существования жизни, эти молекулы конкурировали друг с другом за субстраты, сотрудничали и усиливали свое действие. На основе этого уже можно предполагать, почему сложные органические соединения стремились объединяться в системы, представляющие собой прообразы первых клеток.
Александр Еникеев
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
21 +21−0 | Копатыч | 00:36:37 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Стыдно признаться, но я так и не понял, кто кого куда и, главное, зачем послал, имея ввиду явно неоднозначный заголовок. |
20 +23−3 | Игорь Гарик | 00:18:16 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
написано ж - первый нах. И внизу подпись некто Александр Еникеев. Видимо он, нах. |
18 +28−10 | Evgeny Derbush | 00:15:12 19/04/2016 |
осталось найти того, кто создал эту молекулу |
17 +19−2 | Victor Zeleniy | 01:38:34 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
"осталось найти того, кто создал эту молекулу" Тогда придётся искать и того, кто создал того, который создал эту молекулу. |
16 +19−3 | Егор Лысенко | 02:02:20 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Тем более, что вселенную он создал 13,5 млрд .лет назад.... покурил чутка.... потом 4,5 млрд. лет назад решил создать Солнце и Землю... покурил еще... и только сто тысяч лет назад (мизер мизерный) создал этих прекрасных существ - homo sapiens, которые только тем и занимаются, что насилуют, грабят и убивают друг друга, да и остальных божьих созданий не жалеют - мочат без зазрения совести.... божьи люди, кули тут :о) |
14 +16−2 | Евгений Буря | 04:50:12 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Вы абсолютно правы. Молекулы в кристаллической решетке катализируют собственную сборку. Более того, различные варианты "сборки" того же кремниевого глинозема способны адаптироваться к условиям и конкурировать между собой, показывая те же внешние признаки эволюции, что и органические соединения. И первые молекулы РНК появились не по взмаху волшебной палочки в "мировом бульоне", а как продукт жизнедеятельности того самого глинозема. Другими словами, то, что мы называем жизнью - способность к самокопированию и адаптации - это ключевое свойство материи как таковой, всего вещества во вселенной, самой реальности. |
10 +10−0 | Максим Смирнов | 07:11:10 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Не понятно какое отношение сборник древних мифов здесь имеет к реальности. Потому что в других местах он регулярно попадает пальцем в небо. |
9 +9−0 | Pavel Popov | 07:29:53 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Если бог - как набор физических принципов и свойств системы, способствующих неорганической и органической эволюции, потворствующий созданию многообразия видов на фундаментальном уровне - то пусть будет бог. Но не вмешивающийся в процесс, как капризный игрок с амбициями и прочими чисто человеческими психологическими проблемами и антагонистами в виде говорящих змей. Бог конструктивен, но неизберателен, прозорлив в создании уникальных видов, но слеп и бездушен - и он становится просто сводом принципов и законов, Единым законом всего. |
9 +18−9 | Елена Завкина | 00:59:26 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Забейте cебе в ... пару скреп и успокойтесь. Это вообще не для вас написано. И вообще вам на крестный ход пора. |
8 +9−1 | M S | 03:08:01 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Бог дал! ... а будете выеживаться - обратно заберет.... |
7 +7−0 | Gary Golden | 12:07:57 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
То есть, ты не воруешь и не убиваешь только из страха наказания? Вот вся суть религиозной морали. Банальная трусость и желание выслужиться ради тёплого местечка в раю. |
7 +12−5 | Злоцараптор | 01:55:32 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
а мне нравится теория про то что Бог зачем то создал вселенную, тольо наша галактика насчитывает от 20 -до 40 миллиардов звёзд, а потом создал жинь только на планетке на краю одной из голактик, причём сразу всех существ ? |
6 +6−0 | Pavel Popov | 12:46:13 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
это где так материалисты хотят уничтожить верующих? я наоборот, замечаю, это веруны в нашу жизнь настойчиво лезут, в школу приходят сказки рассказывать, концерты нам в Новосибирске рок-групп запрещают... получается, это ваши против наших, ведь! |
6 +7−1 | Сергей Марков | 08:47:15 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Отличная иллюстрация тезиса "Религия - это великолепный способ объяснить абсолютно все, не узнав абсолютно ничего" |
6 +7−1 | Егор Лысенко | 05:16:31 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Я прочитал несколько книг о мозге... в них приводятся явные доказательства того, что так называемая "душа" - является следствием нервной деятельности. А следовательно и все разговоры о бессмертности души - пустая болтология. Например: "Мозг и душа: как нервная деятельность формирует наш внутренний мир". Крис Фрит. Накуй мне спрашивать себя - дурака, если я могу почитать научные исследования и изыскания людей, которые в области изучения мозга и "души" знают в десятки раз больше... |
6 +9−3 | WHIPPET | 01:19:06 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
+ откуда взялся годный исходный материал для сборок? самозародился в питательном бульоне? |
6 +6−0 | Simeon E | 00:52:49 19/04/2016 |
Что-то я не понял. А где обещанная тайна??? |
5 +5−0 | Андрей Степанов | 04:48:57 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Сами возникли. Обычная химия и ничего сверхъестественного. |
5 +5−0 | ВамЗнать НеЗачем | 04:16:51 19/04/2016 |
Оригинальная статья хороша и интересна. Пересказ не удался, поскольку 99% читателей Ленты не поймут, надо все же популярнее. Как - не знаю, но все же как то ближе к народу надо быть. Ну и заголовок, конечно, жесть. Удивлен что в заголовок не впихали еще что-нибудь про геев, политику и криминал, с Ленты станется. |
4 +4−0 | Ivan Ivanov | 13:38:07 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
да они уже обосрались, но при этом продолжают сраться друг с другом. |