Par dzīvescelšanos un RNS. Kā zinātnieki meklē apstiprinājumu par RNS-Pasaules teoriju. Dzīve sākās ar RNS izcelsmi dzīves mūsdienu RNS teorijas pasaulē

Pašreizējā lapas versija vēl nav pārbaudīta.

Pašreizējā lapas versija vēl nav pārbaudījusi pieredzējušiem dalībniekiem un var būtiski atšķirties no 2019. gada 15. jūlija; Pārbaudes prasa.

Rna pasaule - hipotētiskais dzīves posms uz Zemes, ja gan ģenētiskās informācijas glabāšanas funkcija un ķīmisko reakciju katalīzi veica ribonukleīnskābes molekulu ansambļi. Pēc tam, mūsdienu DNS -rnk-tīru dzīvi radās no viņu apvienībām, atdalīta membrāna no ārējās vides. Pasaules RNS ideju pirmo reizi izteica 1968. gadā Karl Vysozozā, vēlāk attīstījās Leslie Ordhell \u200b\u200bun beidzot formulēja Walter Hilbert 1986. gadā.

Dzīvos organismos gandrīz visi procesi notiek galvenokārt proteīna dabas fermentu dēļ. Proteīni, tomēr nevar organizēt un sintezēt šūnā de novo. Pamatojoties uz DNS norādīto informāciju. Bet DNS dubultošana ir tikai proteīnu un RNS līdzdalības dēļ. Tiek veidots slēgts aplis, kas saistībā ar dzīves teorijas ietvaros, bija nepieciešams atzīt nepieciešamību ne tikai abu molekulu klases, bet arī spontāni sastopamiem sarežģītiem viņu attiecību sistēma.

Tādējādi RNS varētu būt pilnīgi autonomi, katalizējot "vielmaiņas" reakcijas, piemēram, jauno ribonukleotīdu sintēze un pašizplūšanas, turot no "paaudzes" uz "paaudzes" katalītiskajām īpašībām. Nejaušu mutāciju uzkrāšanās izraisīja RNS izskatu, katalizējot dažu proteīnu sintēzi, kas ir efektīvāks katalizators, un tāpēc šīs mutācijas tika noteiktas dabiskās izvēles laikā. No otras puses, ir radušās specializētas Ģenētiskās informācijas glabāšanas iekārtas - DNS. RNS ir saglabājusies starp tiem kā starpnieks.

Pasaules RNS nospiedumi palika mūsdienu dzīves šūnās, un RNS piedalās kritisko šūnu dzīves procesos:

2017. gadā tika parādīta iespēja uridīna pašapkalpošanās no ribozes, uracila un fosforskābes.

RNS molekulu spēja attīstīties, tika skaidri parādīta vairākos eksperimentos. Pat pirms katalītiskās RNS darbības atvēršanas šādi eksperimenti veica Leslie pasūtījumus ar kolēģiem Kalifornijā. Tie tika pievienoti caurulei ar RNS indi - etidija bromīdu, inhibējot RNS sintēzi. Sākumā sintēze paced palēnināja inde, bet pēc deviņām "probity paaudzēm" attīstību dabiskās izvēles procesā tika celta jauna RNS šķirnes, kas ir izturīgs pret indi. Konsekventi divkāršojot indes devas, RNS šķirne tika noņemta, izturīga pret ļoti augstām koncentrācijām. Kopumā eksperimentā tika mainītas 100 caurrādes (un daudz vairāk RNS paaudzes, jo paaudzes tika nomainītas katrā testa caurulē). Lai gan šajā eksperimentā RNS kopikus tika pievienots risinājumam ar pašiem eksperimentiem, Orde konstatēja, ka RNS spēj abiem spontāniem pašizkopt, nepievienojot fermentu, lai gan daudz lēnāk.

Papildu eksperiments vēlāk notika Vācijas Manfred EyGen skolas laboratorijā. Viņš atklāja spontānu pašpakalpojumu RNS molekulu testa mēģenē ar substrātu un RNS kopiju. Tā tika radīta pakāpeniski palielinot attīstību.

Pēc tam, kad tika atvērta RNS katalītiskā aktivitāte (ribosims), to attīstība automatizētā ierīcē, kontrolējot datoru, tika novērota eksperimentos Brian Pegel un Gerald Joyce no Scripps pētniecības institūta Kalifornijā 2008. gadā. Faktors spēlējot lomu atlases spiediena bija ierobežojumi substrāta, kur tika iekļauti oligonukleotīdi, kas ribosim atpazīt un pievienots sev, un nukleotīdi RNS un DNS sintēzi. Konstruējot kopijas, dažreiz bija defekti - mutācijas - ietekmējot to katalītisko darbību (lai paātrinātu procesu vairākas reizes maisījums tika mutēts ar polimerāzes ķēdes reakciju, izmantojot "neprecīzu" polimēra). Pamatojoties uz to, molekulu izvēle notika: ātrākais kopēšanas molekulas ātri sāka dominēt vidē. Tad tika noņemts 90% maisījuma, un ar substrātu un fermentiem tika pievienots svaigs maisījums, un cikls tika atkārtots vēlreiz. 3 dienas molekulu katalītiskā aktivitāte tikai 11 mutāciju dēļ palielinājās par 90 reizēm.

Šie eksperimenti pierāda, ka pirmajām RNS molekulām nebija nepieciešamas pietiekami labas katalītiskās īpašības. Viņi vēlāk attīstījās dabiskās izvēles darbības laikā.

2009. gadā Kanādas bioķīmisti no Montreal Universitātes K. Bokov un S. Steinberg, pētīja galveno sastāvdaļu Ribosome Escherichia coli baktēriju, 23s-RRNS molekulu, parādīja, kā no salīdzinoši mazām un vienkāršām ribosīm var izstrādāt proteīna sintēzes mehānismu. Molekula tika sadalīta 60 salīdzinājumā ar neatkarīgiem strukturāliem blokiem, kuru galvenais ir katalītiskais centrs (peptidil-transferāzes centrs, PTC, peptidil-transferāzes centrs), kas atbild par trafronizāciju (peptīdu komunikācijas veidošanās). Tika pierādīts, ka visi šie bloki var secīgi atvienot no molekulas, neiznīcinot atlikušo daļu, līdz paliek transpeptes centrs. Tajā pašā laikā tas saglabā spēju katalizācijai transpeptīzi. Ja katrs savienojums starp molekulu blokiem ir jāiesniedz bultiņas veidā, kas vērsta no šī bloka, kas netiek iznīcināta atdalīšanas laikā, uz vienību, kas tiek iznīcināta, tad šādas bultiņas nerada vienu slēgtu gredzenu. Ja attiecības virziens bija nejaušs, tas varbūtība būtu mazāka par vienu miljardu. Līdz ar to šāda saikņu raksturs atspoguļo bloku pakāpeniskas pievienošanas secību molekulas attīstības procesā, kuru pētnieki izdevās detalizēti atjaunot. Tādējādi dzīvības izcelsme varētu būt salīdzinoši vienkārša ribosim - 23s-RRNS molekulas PTC centrs, uz kurām tika pievienoti jauni bloki, olbaltumvielu sintēzes procesa uzlabošana. PTC pats sastāv no diviem simetriskiem asmeņiem, no kuriem katrs tur CCA "-Helos vienu molekulu trna. Tiek pieņemts, ka šāda struktūra radās kā rezultātā dublēšanās (dubultošanās) no viena avota asmens. Mākslīgā attīstība tika iegūta Funkcionālā RNS (ribosis), kas spēj catalyze transpeptīda. Šo mākslīgi atvasināto ribosims struktūra ir ļoti tuvu proteribosomu struktūrai, ko autori ir aprēķinājuši ".

Par to, kā izskatījās pašreprodu RNS sistēma, ir dažādi pieņēmumi. Visbiežāk ir nepieciešams apkopot RNS membrānas vai izvietojot RNS uz minerālu virsmas un poru telpā vaļēju klintīm. 1990. gados A. B. Chetverin ar darbiniekiem tika parādīts RNS spēja veidot molekulārās kolonijas uz želejas un cieto substrātiem, veidojot replikācijas apstākļus. Bija bezmaksas molekulu apmaiņa, kas, ja sadursme varētu apmainīties ar apgabaliem, kas parādījuši eksperimentāli. Visa koloniju kopums saistībā ar to ātri attīstījās.

Pēc kolonijas olbaltumvielu sintēzes rašanās, kas spēj izveidot fermentus, veiksmīgāk izstrādāti. Vēl veiksmīgākas kolonijas, veidoja uzticamāku mehānismu informācijas glabāšanai DNS un, visbeidzot, atdalīts no lipīdu membrānas ārējās pasaules, novēršot to molekulu izkliedi.

Pre-biotiski modeļi, kuros veidoti nukleotīdi nav saderīgi ar nosacījumiem, kas nepieciešami, lai radītu cukurus (sakarā ar lielo koncentrāciju formaldehīda). Tāpēc tie būtu sintezēti dažādās vietās, un pēc tam nodot uz kādu vienu vietu. Tomēr tie nereaģē ūdenī. Bezūdens reakcija viegli saistīt purīnus ar cukuriem, bet tikai 8% no tiem savieno pareizo oglekļa atomu ar cukuru ar pareizu slāpekļa atomu, pamatojoties uz. Tomēr pirimidīni nereaģēs ar ribosa pat bezūdens apstākļos.

Turklāt sintēzei nepieciešamās fosfāti ir ārkārtīgi reti, jo tie ir viegli iekrist sedimentos. Ieviešot fosfātu, pēdējam ir ātri jāsazinās ar pareizo hidroksila nukleotīdu grupu.

Nukleotīdiem var veidot RNS, tie paši ir jāaktivizē. Aktivētā purin nukleotīdi veido mazas ķēdes uz esošās pirimidīna RNS veidnē, bet šis process neiet uz pretrunā, jo pirimidīna nukleotīdi nav tik viegli polimerizēti.

Vēl viena abiogēnās RNS sintēzes hipotēze, kas paredzēta, lai atrisinātu zemo aplēsto RNS sintēzes varbūtību, ir 2004. gadā ierosināto poliaromātisko ogļūdeņražu pasaule un nozīmīga RNS molekulu sintēze, kuru pamatā ir poliariemātisko gredzenu kaudze.

Faktiski, gan hipotēze "Pre-RNS of Worlds", nenoraida RNS pasaules hipotēzi un modificējiet to, publicējot RNS makromolekulu atkārtošanas sākotnējo sintēzi primāro vielmaiņas nodalījumos, vai nu uz asociētajām vietām, nospiežot "RNS pasaule" uz otro posmu

Bioloģisko zinātņu kandidāts S. Grigorovičs.

Pēc agrākā Dawn tās vēsturi, kad persona iegādājās prātā, un ar viņu un spēju abstrakt domāšanu, viņš kļuva par ieslodzīto nepārvaramas nepieciešamību izskaidrot visu. Kāpēc saule un mēness spīd? Kāpēc upes plūst? Kā pasaule? Protams, viens no svarīgākajiem jautājumiem par dzīves būtību. Straujā atšķirība starp dzīvošanu, augšanu, no miroņiem, joprojām bija pārāk savērtas acīs, lai to varētu ignorēt.

Pirmais vīruss, ko D. Ivanovo aprakstījis 1892. gadā, ir tabakas mozaīkas vīruss. Pateicoties šim atklājumam, kļuva skaidrs, ka ir dzīvīgi radījumi primitīvāki nekā šūna.

Krievu mikrobiologs D. I. Ivanovskis (1864-1920), Viroloģijas dibinātājs.

1924. gadā.

Amerikāņu biologs Oswald Everver pārliecinoši pierādīja eksperimentos ar baktērijām, kas ir precīzi nukleīnskābes, kas atbild par nodošanu iedzimtu īpašību.

Salīdzinošā RNS un DNS struktūra.

Divu dimensiju telpisko struktūru, kas ir vienkāršākās tetrahymena ķermeņa.

Konceptuāls tēls ribosomu - molekulārās mašīnas olbaltumvielu sintēzi.

"Evolution Cauruļu" procesa shēma (izvēlieties metodi).

Louis Pasteur (1822-1895) pirmo reizi tika atklāts, ka tās pašas vielas kristāliem - winic skābes - var būt divas spoguļa simetriskas telpiskās konfigurācijas.

1950. gadu sākumā, Millers no Čikāgas Universitātes (ASV) bija darījis pirmo eksperimentu, kas simulē ķīmiskās reakcijas, kas varētu plūst jaunā zemē.

Chiral molekulas, piemēram, aminoskābes, atspoguļotas simetriskas kā kreisās un labās puses. Termins "Chirality" nāk no grieķu vārda "Hiros" - roku.

Teorija RNS World.

Zinātne un dzīve // \u200b\u200bilustrācija

Katrā vēstures posmā cilvēki piedāvāja savu lēmumu izjaukt dzīves izskatu mūsu planētā. Senie Kas nezināja vārdus "Zinātne" tika konstatēts nezināmu vienkāršu un pieejamu skaidrojumu: "Viss, kas ir apkārt, reiz izveidoja kāds." Tātad dievi parādījās.

Kopš seno civilizāciju izcelsmes Ēģiptē, Ķīnā, tad mūsdienu zinātnes - Grieķijas šūpulī līdz pusgadiem, galvenā pasaules zināšanu metode kalpoja novērojumiem un "iestāžu" atzinumiem. Pastāvīgi novērojumi nepārprotami liecināja, ka dzīvo ar noteiktu apstākļu ievērošanu, šķiet no nedzīvības: odi un krokodili - no purva Tina, mušas - no puves pārtikas un pelēm no netīrās veļas, kas tiek piegādātas ar kviešiem. Ir svarīgi tikai novērot noteiktu temperatūru un mitrumu.

Eiropas "zinātnieki" viduslaikos, paļaujoties uz reliģisko dogmu par pasaules radīšanu, un dievišķo dizainu nesaprotamību, tika uzskatīts par iespējamu apstrīdēt par dzīvības dzimšanu tikai Bībelē un reliģiskajos Rakstos. Dieva radīto radīto būtību nav iespējams saprast, bet jūs varat tikai "precizēt", izmantojot informāciju no svētajiem tekstiem vai Dievišķās iedvesmas ietekmē. Hipotēzes pārbaude tajā laikā tika uzskatīts par sliktu toni, un jebkurš mēģinājums apšaubīt Svētā baznīcas viedokli par nedzimušo, ķecerību un upuri.

Dzīvības izzināšana ir ievietota vietā. Zinātniskās domas par divu tūkstošu gadu maksimumu palika senās Grieķijas filozofu sasniegumi. Visbūtiskākais no tiem bija Platons (428/427 - 347. BC) un viņa students Aristotelis (384 - 322 BC. E.). Platons, cita starpā, ierosināja ideju par animāciju sākotnēji nedzīvo jautājumu, pateicoties izveidot nemirstīgu nemateriālo dvēseli tajā - "Psyche". Tātad bija teorija par pašpārvietošanu dzīvā nedzīvo.

Lieliska zinātnei vārds "eksperiments" nāca ar laikmetu renesanses. Divi tūkstoši gadu ir vajadzīgi, lai persona izlemt apšaubīt neaizstājamību autoritatīvu paziņojumu par senatnes zinātniekiem. Viens no pirmajiem drosmīgiem draugiem, par kuriem mums bija Itālijas ārsts Francisco Radi (1626 - 1698). Viņš pavadīja ļoti vienkāršu, bet iespaidīgu pieredzi: ievietojot vairākos kuģos gaļas gabalā, viens no tiem, kas pārklāti ar blīvu audumu, citus - marley un trešais atstāts atvērts. Fakts, ka lido kāpuri izstrādāja tikai atklātos kuģos (ko krūzes varētu sēdēt), bet ne slēgtā (kam piekļūt gaisa piekļuvei), pēkšņi pretrunīgi uzskati par Plato atbalstītājiem un Aristotelis par nesaprotamo dzīves izturību, valkā gaisā un pārvēršot dzīvo materiālu dzīvo.

Šie eksperimentālie eksperimenti noteica sīva cīņu perioda sākumu starp divām zinātnieku grupām: vitāliķi un mehānika. Par strīda būtība bija uz jautājumu: "Vai darbība (un izskats) no dzīvīgās ir izskaidrojams ar fiziskiem likumiem, kas piemērojami arī nedzīvā jautājumā?" Vitalisti atbildēja uz viņu negatīvi. "Cage - tikai no šūnas, visi dzīvs - tikai no tiešraides!" Šis noteikums, kas izvirzīts XIX gadsimta vidū, ir kļuvis par vitalisma reklāmkarogu. Ļoti paradokss šajā strīdā ir tas, ka pat šodien, zinot par mūsu atomu un molekulu ķermeņa sastāvdaļu "nedzīvo" raksturu un vispārīgi piekrītot mehāniskam viedoklim, zinātniekiem nav eksperimentāla apstiprinājuma par iespēju šūnu dzīves izcelsme no nedzīva jautājuma. Neviens vēl nav bijis spējīgs "veidot" pat primitīvāko šūnu no "neorganiskās", kas atrodas ārpus dzīviem organismiem, "daļas". Tātad, pēdējais punkts šajā epobālā strīda joprojām ir jāpiegādā.

Tātad, kā varētu rasties dzīve uz zemes? Mehānikas pozīciju dalīšana, noteikti ir vieglāk iedomāties, ka dzīve vispirms bija jārūpējas ļoti vienkāršā, primitīvi sakārtotā veidā. Bet, neskatoties uz struktūras vienkāršību, tai joprojām ir jābūt dzīvībai, tas ir, kas ir minimāls īpašību kopums, kas atšķir dzīvo no nedzīvības.

Kādas ir šīs kritiskās īpašības? Kas, patiesībā, atšķir dzīvo no nedzīvi?

Līdz XIX gadsimta beigām zinātnieki bija pārliecināti, ka visas dzīvās lietas tika uzceltas no šūnām, un tas ir acīmredzamākā nošķiršana no nedzīva jautājuma. Tādējādi domāja pirms vīrusu atklāšanas, kas, kaut arī mazāk nekā visas zināmās šūnas, var aktīvi inficēt citus organismus, vairo tām un ražot pēcnācējus, kuriem ir tādas pašas (vai ļoti līdzīgas) bioloģiskās īpašības. Pirmais no atklātajiem vīrusiem, tabakas mozaīkas vīrusu, apraksta Krievijas zinātnieks Dmitrijs Ivanovskis (1864-1920) 1892. gadā. Kopš tā laika ir kļuvis skaidrs, ka vairāk primitīvas darbi nekā šūnas var pieprasīt arī tiesības tikt sauktas par dzīvi.

Vīrusu atklāšana, un pēc tam vēl vairāk primitīvu dzīvesveidu formas, kā rezultātā, formulēt minimālo komplektu īpašības, kas ir nepieciešami un pietiekami, lai objektu pētījumā var saukt dzīvs. Pirmkārt, tai jābūt spējīgam reproducēt līdzīgu šo. Tomēr tas nav vienīgais stāvoklis. Ja hipotētiskā primārā dzīve (piemēram, primitīva šūna vai molekula) bija spējīga tikai vienkārši sagatavot savas precīzās kopijas, tas galu galā varēs izdzīvot, mainot vides apstākļus jaunā zemē un citu, sarežģītāku veidošanos Veidlapas (evolūcijas) nebūtu iespējams. Līdz ar to mūsu iespējamo primitīvo "oriģinalitātes robežu" var definēt kā kaut ko, visvairāk vienkārši, bet tajā pašā laikā var mainīt un nosūtīt savas īpašības pēctečiem.

Pēdējos gados, arvien vairāk atbalstītāji atrast šo teoriju par dzīves rašanos, kļūstot dominējošā risinot šo jautājumu. Tās būtība ir tāda, ka dzīvības dibinātāji nebija proteīni, bet RNS molekulas. Rna-ogļhidrātu ribozes un heterociklisko bāzu ciklu sastāvdaļu veidošana - kā jau parādīts, neļāva būtiskas grūtības. Tas ir daudz grūtāk iedomāties procesu veidošanos tieši nukleozīdu, un pēc tam savienojumu tās NC. Patiešām, saskaņā ar homofamīna procesa nosacījumiem gāzes vai šķidrā vidē, šāda sintēze varētu būt ļoti grūti. Tomēr tas ir salīdzinoši viegli veic heterofāzu katalīzes apstākļos uz cieta substrāta. Daudzi Minerāli zemes garozas darbojas kā pēdējais: kalcija karbonāts, kaolinīts, Montmorillonite, alumīnija savienojumi, ceolīti. Tajā pašā laikā tie veicina ne tikai paātrināt sintēzi, bet arī pareizu reakcijas komponentu orientāciju. Šādos substrātos tika veikta crosslink pirmais nukleozīds, un pēc tam veidojot inter -Ucleotide saikni, piedaloties fosforskābes vai tā atvasinājumiem. Piemēram, bija iespējams veikt oligisitidīna sintēzi, ti, īso RNS molekulu, kas sastāv no tikai viena veida nukleozīdu, uz Montmorillonīta substrāta no 5 "-fosforiminazolidated citidīnu. Tāpat tika iegūti sarežģītāki oligonukleotīdi, kas satur dažādu nukleozīdus veidi. Tas ir interesanti, ka RNS ķēde bija stabila stabila ilgu laiku. Tajā pašā laikā garās oligonukleotīdi, kas ir minerālu matricā, varētu saistīt ar ūdeņraža obligāciju veidošanos starp papildinošiem bāzēm. Starp šiem di- un trinukleotīdiem, internētīdu varētu izveidot arī komunikācijas. Tātad meitasuzņēmuma RNS sintēze tika veikta RNS matricā, ti, transkripcijas analogā. Līdzīga darbības secība varētu notikt arī peptīdu matricas virziena sintēzes gadījumā RNS: individuālais di- un trinukleotīdi bija saistīti ar AK molekulām, piemēram, sakarā ar hidrofobām mijiedarbībām vai ūdeņraža saitēm un nodot tos uz RNS matricu. ar RNS molekulu di- un trine Cleotydis mijiedarbojās ar ūdeņraža saitēm. Tā rezultātā, netālu no RNS ķēdes veidot nukleotīdus, kas pārvadā AK. Ja viņi atrodas cieši viens no otra, kļuva iespējams veidot peptīdu saites starp AK molekulām, veidojot polipeptīdu - nelielu "proteīnu". Tādējādi tika īstenota pārraides reakcija un bez proteīnu-fermentu līdzdalības. Īpaši svarīgi ir uzsvērt, ka visi šie procesi tika veikti ļoti specifiski, jo ūdeņraža obligāciju veidošanās starp dažādām molekulām ir diezgan selektīva: visvairāk stabilākā šī mijiedarbība, kurā tiek īstenota lielākais ūdeņraža obligāciju skaits. Procesu līdzsvara apstākļos šāda selektivitāte izraisīja dažu molekulu reproducēšanu: katra matrica "ražoti" produkti, kas raksturīgi tikai tam. Šādu sintēzi varētu notikt primārajos iepakojumos. Tas noveda pie skaidri definēta biomolekulu kopuma uzkrāšanās katrā no tām, tomēr daudzveidība pilienu pašiem un apstākļiem, kādos tie pastāvēja, sniedza lieliskas iespējas, lai izvēlētos stabilākās pilienus, kas jau bija proto deevolution. Pašreģistrētais pilienu sadalījums visu palielinājās un pastāvīgi kļuva sarežģītākas, iesaistot jaunas un jaunas vielas. Tāpēc varētu rasties pirmā šūna.

Tomēr ir neskaidrība, vai RNS bija pirmā dzīvības veidojošā molekula vai pastāvēja seno priekšgājēju. Jau kādu laiku, sintēze no chimera vielas, ko sauc par peptīdu skābi (PNA), kurā ķēžu skelets veidoja aminoskābju molekulas, N- (2-aminoetil) glicīna, un heterociklisko bāzi tika pievienoti šim skeletam . Tādējādi sukrozes kabelis tika aizstāts ar polipeptīdu. Pašlaik daži pētnieki uzskata, ka PNA ir kandidāts, lai lomu iespējamo priekšgājēju RNS, lai gan PNK prebiotiskā loma joprojām ir stingri pierādīta.

Starp mūsdienu dzīves dzimšanas koncepcijām viens no dominējošajiem noteikumiem ieņem RNS-pasaules teoriju. Mēģināsim noskaidrot, kas tas ir.

Pagājušā gadsimta molekulārās bioloģijas atklājumos izraisīja cilvēci, lai izprastu dzīves dzīvi ķīmiskajā līmenī. Izrādījās, ka jebkura organisma būtiskās aktivitātes pamatā ir divas vielu-biopolimēru grupas: olbaltumvielas un nukleīnskābes.

Proteīni, kuru garās, intensīvi velmētās ķēdes sastāv no desmitiem un simtiem konsekventi saistīto aminoskābju, veic darba instrumentu un universālā celtniecības materiāla lomu šūnā. Proteins-fermenti paātrina un vada visas ķīmiskās reakcijas, kas rodas šūnā, veidojot tās izskatu.

Bet proteīni ir pagaidu instrumenti, nepieciešamība, kas pastāvīgi mainās caur ķermeņa dzīvi. Lai saglabātu to pašu informāciju par olbaltumvielām, un tāpēc organisma struktūra pati izmanto nukleīnskābes - DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe). Šīs garās molekulas, kas būvētas no četriem nukleotīdu veidiem, kas atrodas viens no otra, ir ļoti līdzīgi struktūrā, bet ir dažādas īpašības. Divas DNS ķēdes, kas vērstas dažādos virzienos, veido stingru un stabilu dubultu spirāli miljonos nukleotīdu pāri. RNS veido salīdzinoši īsas ķēdes, kas pakļautas dažādām ķīmiskām reakcijām un pašiem cilpām.

DNS molekulas struktūra. Attēls: Richard Wheeler / Wikimedia

Šāda atšķirīga struktūra, ko zinātnieki skaidroja, būtiski atšķiras DNS un RNS funkcijas. DNS izrādījās uzticama, ilgtermiņa informācijas uzglabāšana par ķermeņa proteīniem, un RNS ir mobilā, īslaicīga informācijas nesējs. To sintezē proteins-polimerāzes uz DNS matricas un ir atbildīga par DNS ierakstītās informācijas atšifrēšanu, kā arī Olbaltumvielu montāžai DNS zīmējumā.

Visas šīs zināšanas par zināšanām tika uzkrātas zinātnieki līdz pagājušā gadsimta 60. gadu vidum, kļūstot par pašreizējās biotehnoloģiskās revolūcijas priekšteci. Bet tajā pašā laikā viņš nodeva zinātniekus, kuri cieš pār dzīves dzimšanas problēmu pirms paradoksa.

Par pirmo "dzīvo" esamību, tas ir, bioķīmiskās sistēmas, kas spēj audzēt un pašpietiekami, pietiekamu DNS, RNS un proteīnu. Ar RNS lomu viss šķiet saprotams - tipiska molekula uz blisteriem, kas nevar īsti zināt, kā un neatrisina, bet tas ir nepieciešams, lai pārsūtītu informāciju no DNS un darba mehānismiem proteīna montāžai. Bet proteīniem un DNAS acīmredzami bija jāaizņem centrālā vieta aizvēsturiskās pasaules glezniecībā.

Informācija par proteīnu katalizatoru struktūru, kas var pastāvēt, tikai ieraksta DNS struktūrā. Tajā pašā laikā stabila DNS, kas lieliski saglabā informāciju, nav spējīga neatkarīgas ķīmiskās transformācijas, izņemot, izņemot, lēnu sabrukumu. Kas parādījās evolūcijas agrāk - izveicīgs, īslaicīgs proteins vai uzticams, bet bezpalīdzīgs DNS? Viena lieta nevar parādīties bez otras, un nejaušais vienreizējais kompleksa DNS RNS olbaltumvielu reproducēšanas sistēmas nukls šķiet neticami.

Šeit zinātnieku viedokļi un aicināja RNS. RNS nav stabils un briesmīgi saglabā informāciju, bet to joprojām saglabā. Un ko tad, ja mēs pieņemam, ka RNS ķēde venēcijas cilpas var strādāt kā fermentu olbaltumvielas, katalizācija, tas ir, paātrinošs, bioķīmiskās reakcijas? Ļaujiet viņiem tikt galā ar šo uzdevumu simtiem reižu sliktāk nekā proteīni, bet hipotētiski šādi RNS katalizatori varētu ilgtspējīgi pastāvēt un vairoties uz virsmas senās zemes pirms izskata olbaltumvielu un DNS. Un viņu ķīmiskā nestabilitāte būtu pat plus, kas noved pie izmisīga tempu evolūcijas primitīvas RNS faunas.

Matricas RNS prekursora molekulas struktūra. Attēls: VOSSMAN / WIKIMEDIA

Treknā hipotēze izrādījās pravietiska, pirmā riboze tika atrasts 80. gadu sākumā - RNS bāzes biocatalysts. Nedaudz vēlāk zinātnieki saņēma piemērotus - RNS molekulas, kas spēj selektīvi saistošas \u200b\u200bnoteiktas vielas. Izrādījās, ka RNS var veikt darbu gan biocatalīzes un molekulārās atzīšanas. Jā, izrādās sliktāks par proteīniem, bet tomēr izrādās.

Kopš tā laika zinātnieki atstāj nekādus pastāvīgus mēģinājumus iegūt ribosim laboratorijā, kas spēj stabilu kopēšanu (replikāciju) jebkuras struktūras RNS molekulu. Parādās evolūcijas rītausmā, kas ir līdzīga ribosimam, kļūtu par hipotētiskas RNA pasaules "kodolu", un tā saņemšana būtu taustāms vēl spekulatīvās hipotēzes apstiprinājums.

Pētījuma gadu gaitā tika iegūtas ribozes ligāzes, kas spēj šūšana RNS molekulas savā starpā, un pat polimerāzes ribosismiem, kas kopē mazus, viendabīgus RNS fragmentus savā nukleotīda sastāvā. Bet uz visiem sarežģītajiem, spēj biocatalīzes un molekulārās atzīšanas secību, tie spītīgi buki, atsakoties strādāt.

Un nesen autoritatīvajā žurnālā PNAS. Tika publicēts raksts par pirmo ribosymu iegūšanu, pārliecinoši kopēšanu RNS matricu jebkurā nukleotīda sastāvā. Eksperimentu laikā zinātnieki tika aizstāti ar evolūciju: ar mākslīgu izvēli testa mēģenē, viņi izdevās izveidot ribosim, kas pārvar RNS ar nepieejamu precizitāti.

Katrs no 24 kārtām atlases mutācijas sākās ar kopēšanu jau esošo enzīmu bioķīmiskā procesā, ko sauc par riboptz. Šī reakcija ir labi pazīstama polimerāzes ķēdes reakcijas (PCR) analogs (PCR), kas ļauj dažu stundu laikā sintezēt miljoniem vēlamā DNS fragmenta kopiju. Lai sistēma varētu parādīties mākslīgā izvēle, reakcija tika pārveidota, lai samazinātu kopēšanas precizitāti. Kļūdu biežums sasniedza 10% atsevišķa nukleotīda ziņā. Pateicoties šim plānotajai nejaušajai mutagenēzei, zinātniekiem izdevās iegūt 10 14 (100 triljoni!) No dažādām oriģinālajām ribrosima iespējām. Pēc reakcijas pabeigšanas mutantu ribozi bija picky ar zinātniekiem: Nākamajā kārtā mutācija izturēja tikai ātrāko un precīzu ribozi, kas spēj vislabāk kopēt matricu.

Pēc šī rūpīgā darba pabeigšanas pētnieki saņēma ribosimu, ko sauc par 24-3 polimerāzi. Pirmo reizi zinātnieki skāra ribosim, kas spēj atkārtot nelielu RNS ķēdes jebkuru secību. Ar to vairāki aptņemti izdevās atkārtot. Tad nenogurstošais polimerāze tika kopēta katalītiski aktīva ribosim-ligāzi. Taču šis sasniegums bija fakts, ka, izmantojot 24-3 polimerāzes izdevās atkārtot vienu no transporta RNS. Šie lielie, slyly pīti attēlā, piemēram, Clover loksnes RNS molekulas pārnes aminoskābju saites uz montāžas olbaltumvielu ķēžu un ir būtiska sastāvdaļa olbaltumvielu sintēzes aparātu.

Iegūto ribosym darbības ātrums bija ļoti mazs, un veiktspēja ir nesalīdzināma ar dabisko polimerāzes proteīniem, bet galvenais ir tas, ka tas ir saņemts, un tas darbojas. Tagad, lai pierādītu iespēju pastāvēt seno Rna-World, zinātnieki palika pēdējais solis - radīt ribosim, kas spēj nepārtraukti atkārtoti replicēt sevi. To darījusi, cilvēce saņems koloniju pašizkopjas RNS molekulas testa caurulē - potenciālu analogu par pirmo dzīves formu mūsu planētas.

Vairāku mēnešu darba ļāva pētniekiem vērsties mākslīgā primitīvās dzīves prototipa izveidi. Kas varētu notikt no dabiskās izvēles simtiem miljonu gadu? Mēs nekad neesam bijuši tik tuvu atbildei uz šo jautājumu.