Навукоўцы выкрылі галоўную таямніцу паходжання ўсяго жывога на зямлі

Адкрыццё зрабілі ў Кембрыджскім універсітэце.

Навукоўцы з Кембрыджскага ўніверсітэта здалелі атрымаць новыя сведчанні, якія даводзяць гіпотэзу РНК-свету. Як было высветлена, амінаквасавыя ланцужкі невялікіх памераў пры злучэнні з РНК спрыяюць паляпшэнню іх каталітычных уласцівасцяў, дазваляючы ім быць менш залежнымі ад таксічных іёнаў. А гэта з'яўляецца неабходнай умовай фармавання першых каморак, піша tainy.net.

Гіпотэза РНК-свету кажа пра тое, што жыццё на планеце паўстала з біялагічнай сістэмы, якая не мела бялковых малекул і ДНК. У склад яе ўваходзілі комплексы РНК, якія былі здольныя не толькі захоўваць генетычную інфармацыю, але і каталізаваць хімічныя рэакцыі (у такім выпадку яны называліся рыбазімамі). Прасцей кажучы, яны спалучалі ў сабе функцыі ферментаў і ДНК. Пазней злучэнне РНК з ДНК і пептыдамі паслужыла базай для ўзнікнення аднакаморкавых арганізмаў. Навукоўцы ў той жа час задаюць пытанне: у чым была выгада ад узаемадзеяння паміж бялкамі і РНК-светам?

Паводзіцца меркаваць, што рыбазімы, якія называюць РНК-полімеразамі, складалі аснову насельніцтва РНК-свету. Гэта былі рэплікатары - гэта значыць, аб'екты, якія мелі здольнасць да самаўзнаўлення. Рэсурсамі для яго былі нуклеатыды ў першасным булёне. Першапачаткова рыбазімы капіявалі сябе з вялікай цяжкасцю, з прычыны слабага развіцця іх каталітычных здольнасцяў. Здзяйснялася мноства памылак, у выніку якіх ўтваралася багата рыбозім з мутацыямі. Такія змены маглі пазбавіць здольнасці да каталізу РНК-полімеразу, хоць у некаторых выпадках гэтая асаблівасць паляпшалася. З часам рыбазімы набылі здольнасць усе дакладней і хутчэй узнаўляцца, становячыся больш шматлікімі і перамагаць у канкурэнтнай барацьбе за рэсурсы.

Такім чынам, рыбазімы былі першаснымі геномамі, бо захоўвалі ў сабе генетычныя звесткі аб сваёй уласнай паслядоўнасці. Пазней рыбазімы ўтваралі ўнутры часцінак, якія былі ўтвораныя ліпіднымі мембранамі, асяродкі, якія пасля прычыніліся да ўтварэння першай протакаморкі. Навукоўцы цяпер навучыліся выводзіць аналагі РНК-палімеразнага рыбазіма, якія каталізуюць утварэнне іншых рыбазімаў, і нават капіяваць невялікія паслядоўнасці рыбануклеатыдаў. У той жа час атрымаць рыбазім-рэплікатар навукоўцы дагэтуль не могуць.

Існуе і яшчэ адна праблема: рыбазімы, якія сінтэзаваныя ў лабараторных варунках, актыўныя выключна пры наяўнасці высокай канцэнтрацыі іёнаў магнію, што разбураюць ліпідныя мембраны. Іншымі словамі, гаворка ідзе аб фундаментальнай несумяшчальнасці паміж РНК-полімеразамі і працэсамі ўтварэння протакаморак.

У пэўнай меры ратуе сітуацыю тая акалічнасць, што малекулы РНК не былі ізаляваныя ад мноства іншых хімічных злучэнняў, напрыклад, пептыдаў. Рыбазімы маглі ўзаемадзейнічаць з амінаквасавымі паслядоўнасцямі, што рабіла пэўны ўплыў на іх функцыі. Довадам таму можа служыць, сярод іншага, тое, што актыўнасць рыбазімаў-сплайсасомаў, якія выразаюць з выспявальнага матрычнага РНК інтроны, рыбасом, якія бяруць удзел у сінтэзе бялкоў, а таксама рыбонуклеазы Р, якая каталізуе дэградацыю РНК, залежыць ад роднасных бялкоў. Згодна з вынікамі даследаванняў, частка бялкоў, якія звязваюцца з рыбазімамі, выклікаюць пэўныя змены ў іх функцыях і другаснай структуры. Так, напрыклад, у выпадку з рыбонуклеазамі Р бялкі маюць здольнасць зніжаць канцэнтрацыю іёнаў магнію, якая неабходная для іх актыўнасці. Беручы гэта пад увагу, навукоўцы наважылі высветліць, ці маглі пептыды ўплываць на функцыі РНК-палімеразных рыбазімаў, паменшыўшы іх залежнасць ад магнію.

Для адказу на гэтае пытанне трэба ўзяць не ўсякія бялкі, а толькі тыя з іх, якія калі-небудзь ўзаемадзейнічалі з рыбазімамі РНК-свету. Даследчыкі за базу ўзялі структуру рыбасом, якія з’яўляюцца малекулярным рэліктам. Атрыманыя вынікі даводзяць, што ў сваім сучасным выглядзе рыбасомы меліся ўжо ў агульнага продка ўсіх сучасных формаў жыцця.

Уся эвалюцыя рыбасомы, якая ўтворана рыбонуклеіновымі квасамі, бялкамі ды іёнамі, запісаная ў яе будове. Так, аснова вялікай рыбасомнай субадзінкі ўзбагачаная іёнамі магнію. Пакрысе, з утварэннем дадатковых модуляў іёны замяняліся пептыдамі. Са слоў навукоўцаў, сувязь паміж амінаквасавымі ланцужкамі і рыбазімамі з'яўляецца адлюстраваннем гісторыі эвалюцыі РНК-свету і яго пераходу да РНК-пептыднага свету. З гэтай прычыны даследчыкі і правялі аналіз дзеяння пептыдаў з рыбасом, якія лічацца найбольш старажытнымі бялковымі паслядоўнасцямі на планеце.

Даследчыкі здалелі вызначыць багата пептыдаў з дзвюх субадзінак рыбасомы адной з мноства бактэрый, якія ўзмацнялі актыўнасць РНК-палімеразнага рыбазіма Z, што капіюе РНК-малекулы.

Найбольш значнае дзеянне меў амінаквасавы ланцужок з дзесяці малекул лізінаў - лізінавы гомапалімерны дэкапептыд К10. Ён утвараў пептыдна-рыбазімны комплекс, падтрымліваючы пры нізкай канцэнтрацыі іёнаў магнію функцыі рыбазіма. На падставе гэтага даследчыкі выказалі здагадку, што гэта абумоўлена стабілізацыяй у каталітычным цыкле прамежкавых рэчываў.

З мэтай спраўдзіць, ці мог гэты пептыд спрыяць актыўнасці ўнутры мембраннай дзялянкі, навукоўцы правялі даследаванне. Яны атрымалі стабільныя бурбалкі, якія складаліся з дыятылгліцэрынаў і фасфаліпідаў, унутр якіх укаранялі РНК. Пры наяўнасці амінаквасу паслядоўнасці К10 і пры бяспечнай для мембраны канцэнтрацыі іёнаў магнію 10 мілімоляў адбываўся сінтэз РНК, які каталізаваўся рыбазімам. Пры адсутнасці іёнаў магнію сінтэз не адбываўся.

Са слоў навукоўцаў, гэта можа сведчыць аб тым, што пептыды дазваляюць рыбазімам пры нізкай канцэнтрацыі таксічных іёнаў ажыццяўляць каталітычную чыннасць. Залежнасць РНК-полімераз ад неарганічных малекул у канчатковым выніку паменшылася, што зрабіла ўплыў на іх развіццё і, як вынік, на развіццё каморак.