МОСКВА, 1 июн – РИА Новости. Первые живые клетки на Земле содержали в себе не только РНК, но и белки, которые могли существовать в горячей воде первичного океана планеты и без которых сборка этих сложных молекул была бы невозможной, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Сотрудничество между РНК и пептидами, скорее всего, было необходимо для спонтанного развития того многообразия химической сложности, которая характерна для современного живого мира. Мы полагаем, что жизнь на ранней Земле была миром белков и РНК, а не просто РНК-миром", — заявил Чарльз Картер (Charles Carter) из университета Северной Каролины в Роли (США).
По общепринятой на сегодня теории "РНК-мира", роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. В последствие клеточными процессами стали управлять белки, а роль хранилища генетической информации заняла ДНК. Сегодня ученые экспериментируют с короткими молекулами РНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории.
Две группы биологов из университета Северной Каролины под руководством Картера и его коллеги Ричарда Вольфендена (Richard Wolfenden) проводила эксперименты в своей лаборатории, пытаясь понять, как был совершен этот переход от РНК-мира к "тандему" ДНК и белков.
Как объясняют исследователи, проблема заключается в том, что молекулы белков сохраняют стабильность только в очень узком диапазоне базовых химических параметров. Если хотя бы один из них нарушается, то трехмерная молекула белков обычно распадается или деформируется.
Данное свойство белков является одной из главных причин того, почему ученым пришлось придумать "РНК-мир" — первичный океан Земли мог быть слишком теплым для того, чтобы молекулы белков в нем могли нормально существовать. Картер и Вольфенден проверили, так ли это, изучив то, как ведут себя аминокислоты при необычных температурах.
Эти эксперименты привели к неожиданным результатам. Оказалось, что степень различий в физических свойствах аминокислот и то, как они взаимодействовали с нуклеотидами, были примерно одинаковыми и при 25 градусах Цельсия, оптимальной температуре для жизни, и даже при 100 градусах.
Благодаря этому белки будут "сворачиваться" в трехмерную молекулу по одним и тем же правилам, как в теплой воде, так и в кипятке, что говорит о возможности их существования в горячем первичном океане Земли.
Подтверждение этому ученые нашли в транспортных молекулах РНК, которые захватывают аминокислоты и переносят их к центру сборки белков в клетке. Как оказалось, тРНК содержат в себе две системы распознавания аминокислот, одна из которых ориентируется на размер их молекул, а вторая – на то, как хорошо они отталкивают воду.
Первая находится на "хвосте" тРНК, за который цепляется аминокислота, и состоит из четырех генетических "букв", комбинация которых позволяет закодировать сразу 24 разных размера молекул. Вторая расположена в верхней части тРНК, в так называемом антикодоне из трех нуклеотидов, который цепляется за декодируемую цепочку генетической информации.
Существование подобной двойной системы отбора аминокислот, как считают авторы статьи, говорит о том, что эволюция белков шла в два этапа во время зарождения жизни.
Первый из них, по их словам, завершился еще до появления ДНК, и в то время молекулы белков были устроены достаточно просто – в одиночные линии и простые двумерные конструкции. Для сборки таких структур было достаточно знать размеры аминокислот, которые, по всей видимости, кодировались в РНК молекулах организмов времен "РНК-мира". Данные белки, судя по всему, играли вспомогательную роль и помогали клетке стабилизировать РНК-молекулы.
Появление нового "носителя информации" — ДНК – и связанной с ней возможности различать аминокислоты и по степени их гидрофобности позволило жизни сделать качественный шаг вперед и начать использовать сложные трехмерные белковые структуры, в результате чего жизнь приобрела тот облик, которым она обладает сегодня, заключают ученые.
