Среда, 21 февраля, 2024
ДомойХимияГипотеза амилоида: переписывание истории происхождения жизни

Гипотеза амилоида: переписывание истории происхождения жизни

- Advertisement -

Новое исследование показывает, как амилоиды, способные образовываться в условиях ранней Земли и связываться с РНК и ДНК, могли сыграть ключевую роль в возникновении жизни, увеличивая молекулярную стабильность и поощряя сотрудничество, а не конкуренцию.

Вопрос о том, как живые организмы возникли из неживой материи, остается одной из самых глубоких загадок науки. Несмотря на многочисленные теории, окончательное объяснение остается неуловимым. В этом нет ничего неожиданного, учитывая, что эти события произошли три-четыре миллиарда лет назад в совершенно иных древних условиях Земли.

Обоснование гипотез экспериментальными данными

«За этот огромный период времени эволюция полностью стерла следы, ведущие к зарождению жизни», — говорит Роланд Риек, профессор физической химии и заместитель директора нового междисциплинарного центра происхождения и распространенности жизни ETH Zurich. Науке ничего не остается, как формулировать гипотезы – и максимально тщательно обосновывать их экспериментальными данными.

В течение многих лет Рик и его команда выдвигали идею о том, что белковоподобные агрегаты, известные как амилоиды, могли играть важную роль в переходе от химии к биологии. Первым шагом исследовательской группы Рика было продемонстрировать, что такие амилоиды могут образовываться относительно легко в условиях, которые, вероятно, преобладали на ранней Земле: в лаборатории все, что нужно, — это немного вулканического газа (а также экспериментальные навыки и много терпения). ) для простого аминокислоты объединяться в короткие пептидные цепи, которые затем самопроизвольно собираются в волокна.

Молекулы-предшественники жизни

Позже команда Рика продемонстрировала, что амилоиды могут воспроизводить себя, а это означает, что молекулы соответствуют еще одному решающему критерию, позволяющему считаться молекулами-предшественниками жизни. И теперь исследователи в третий раз придерживаются той же линии в своем последнем исследовании, в котором они показывают, что амилоиды способны связываться с молекулами обоих типов. РНК и ДНК.

Эти взаимодействия частично основаны на электростатическом притяжении, поскольку некоторые амилоиды – по крайней мере местами – положительно заряжены, тогда как генетический материал несет отрицательный заряд, по крайней мере, в нейтральной или кислой среде. Однако Риек и его команда также заметили, что взаимодействия также зависят от последовательности нуклеотидов РНК и ДНК в генетическом материале. Это означает, что они могут представлять собой своего рода предшественника универсального генетического кода, объединяющего все живые существа.

Повышенная стабильность как главное преимущество

И все же: «Хотя мы видим различия в том, как молекулы РНК и ДНК связываются с амилоидами, мы еще не понимаем, что означают эти различия», — говорит Риек. «Наша модель, вероятно, все еще слишком проста». Вот почему он считает особенно важным другой аспект результатов: когда генетический материал прикрепляется к амилоидам, обе молекулы приобретают стабильность. В древние времена эта повышенная стабильность могла оказаться большим преимуществом.

Это связано с тем, что тогда, в так называемом «первичном супе», биохимические молекулы были очень разбавлены. Сравните это с сегодняшними биологическими клетками, внутри которых эти молекулы плотно упакованы вместе. «Амилоиды обладают доказанной способностью увеличивать локальную концентрацию и порядок нуклеотидов в разбавленной и неупорядоченной системе», — пишут исследователи Риека в своей недавно опубликованной статье.

Риек отмечает, что, хотя конкуренция занимает центральное место в теории эволюции Дарвина, сотрудничество также сыграло важную эволюционную роль. Оба класса молекул выигрывают от стабилизирующего взаимодействия между амилоидами и молекулами РНК или ДНК, поскольку долгоживущие молекулы накапливаются с течением времени сильнее, чем нестабильные вещества. Возможно даже, что молекулярное сотрудничество, а не конкуренция, стало решающим фактором возникновения жизни. «В конце концов, тогда, вероятно, не было недостатка в пространстве или ресурсах», — говорит Риек.

Ссылка: «Анализ нуклеотидно-амилоидных взаимодействий показывает селективное связывание с РНК размером с кодон» Сарой К. Раут, Риккардо Кадалберт, Нина Шредер, Джулия Ванг, Йоханнес Цендер, Оливия Гамп, Томас Виганд, Питер Гюнтерт, Дэвид Клинглер, Кристоф Кройц, Анна Кнёрляйн, Джонатан Холл, Джейсон Гринвальд и Роланд Рик, 2 октября 2023 г., Журнал Американского химического общества.
DOI: 10.1021/jacs.3c06287

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме