По материалам https://tsn.ua/ru/nauka_it/tayna-zhizni-pochti-razgadana-uchenye-pokazali-put-ot-molekuly-k-belku-2902601.html
Ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL) под руководством профессора Мэтью Паунера сделали важный шаг в понимании происхождения жизни, раскрыв, как могли сформироваться первые белки — ключевые молекулы для функционирования клеток. Исследование, опубликованное в журнале Nature, демонстрирует, как РНК и аминокислоты могли взаимодействовать в воде, создавая основу для белков в условиях ранней Земли.
Белки — незаменимые молекулы, которые восстанавливают клетки, поддерживают иммунитет и выполняют множество других функций в живых организмах. Однако до сих пор оставалось загадкой, как белки появились, если клетки еще не обладали сложными механизмами их синтеза. Новое исследование предлагает простой и эффективный механизм, объясняющий, как химические реакции в водной среде могли запустить процесс формирования белков, решая проблему «курица или яйцо» в происхождении жизни.
Ниже есть продолжение.
Что открыли
1. Связь РНК и аминокислот: РНК, которая хранит генетическую информацию и может катализировать реакции, способна химически соединяться с аминокислотами (строительными блоками белков) в воде без участия ферментов. Реакция происходит при мягких условиях, преимущественно на концах двухцепочечной РНК, что минимизирует случайные нарушения последовательностей.
2. Роль серы: Ученые использовали серосодержащие соединения, такие как тиолы и тиоэфиры, для активации аминокислот, придавая им дополнительную энергию для присоединения к РНК. Например, аминокислота аргинин соединялась с аденозином с эффективностью до 76%. Тиоэфиры, включая пантетеин (активный фрагмент кофермента А), стабильны в воде и, вероятно, играли ключевую роль в пребиотической химии.
3. Два этапа реакции:
* На первом этапе аминокислоты присоединяются к РНК с помощью тиоэфиров, образуя аминоацил-РНК при нейтральном pH.
* На втором этапе добавление тиокислот и мягкого окислителя стимулирует образование пептидных связей, формируя короткие пептидные цепочки, которые являются прототипами белков.
Условия ранней Земли
Реакции происходили в воде с нейтральной кислотностью, что соответствует условиям озер, влажных берегов или мелких водоемов на молодой Земле. Циклы замораживания и оттаивания, вероятно, усиливали процесс: лед концентрировал молекулы, удаляя соль и ускоряя реакции. Минералы также могли способствовать организации молекул, повышая эффективность процессов.
Значение открытия
РНК как катализатор: Исследование показывает, что РНК могла самостоятельно обрабатывать аминокислоты без участия белков, что решает давнюю проблему происхождения белков. Это подтверждает гипотезу «РНК-пептидного мира», где РНК и короткие пептиды коэволюционировали, образуя гибридные молекулы с новыми функциями.
Мост между метаболизмом и генетикой: Использование тиоэстеров, которые встречаются во всех живых клетках, связывает метаболизм, генетический код и синтез белков. Это открытие указывает на возможный химический путь, который привел к зарождению жизни.
Куда ведет исследование
Ученые планируют выяснить, как РНК могла «выбирать» определенные аминокислоты для создания белков, что могло заложить основу для современного генетического кода — системы правил, связывающей триплеты РНК с аминокислотами. Исследователи предполагают, что простые химические предпочтения РНК в присоединении аминокислот могли эволюционировать в сложные механизмы, реализованные в современных рибосомах.
Заключение
Открытие UCL демонстрирует, как простые химические реакции в водной среде могли привести к появлению первых белков, заложив основу для жизни. Оно не только углубляет наше понимание происхождения жизни, но и открывает перспективы для изучения эволюции генетического кода и создания новых биотехнологий.
No comments:
Post a Comment