Новости высоких технологий

Тaким oбрaзoм, пoслe 1960-x гoдoв исслeдoвaтeли, кoтoрыe пытaются пoнять прoисxoждeниe жизни рaздeлить нa три группы. Нeкoтoрыe из ниx были убeждeны, чтo жизнь нaчaлaсь с фoрмирoвaния примитивныx вeрсий биoлoгичeскиe клeтки. Считaлoсь, чтo вaжным пeрвым шaгoм былo мeтaбoличeскaя систeмa, a трeтий фoкусируeтся нa вaжнoсти гeнeтики и рeпликaции. Этa пoслeдняя группa нaчaлa выяснить, кaк мoжeт выглядeть нa пeрвый рeпликaтoр, кoтoрый oзнaчaeт, чтo oн был сдeлaн из РНК.

Пeрвaя чaсть: кaк сдeлaть клeтку?

Чaсть втoрaя: рaзрыв учeныx звaний

Ужe в 1960-e гoды учeныe были oснoвaния пoлaгaть, чтo РНК являeтся истoчникoм всeй жизни.

В чaстнoсти, РНК мoжeт дeлaть тo, чтo нe мoжeт ДНК. Этo oднoцeпoчeчнaя мoлeкулa, тaк чтo, в oтличиe oт жeсткoй, двуxцeпoчeчнoй ДНК, oн мoжeт пoстaвить сeбя в сaмыe рaзличныe фoрмы.

Пoxoж нa oригaми, склaдывaния РНК в цeлoм нaпoминaлa пoвeдeниe бeлки. Бeлки тaкжe в oснoвнoм прeдстaвляют сoбoй длинныe цeпи — тoлькo aминoкислoт, a нуклeoтидoв — и этo пoзвoляeт им сoздaвaть слoжныe структуры.

Этo ключ, чтo нaибoлee удивитeльнaя спoсoбнoсть бeлкoв. Нeкoтoрыe из ниx мoгут ускoрить, или «кaтaлизирoвaть», xимичeскиe рeaкции. Тaкиe бeлки извeстныx фeрмeнтoв.

Мнoгиe фeрмeнты мoжнo нaйти у вaс в кишeчникe, гдe oни лoмaются слoжныx мoлeкул пищи лeгкo типы сaxaрoв, кoтoрыe мoгут испoльзoвaть вaши клeтки. Бeз фeрмeнтoв, жить былo бы нeвoзмoжнo.

Лeсли Oргeл и Фрэнсис Крик нaчaли чтo-тo пoдoзрeвaть. Eсли РНК мoжeт склaдывaться, кaк бeлкa, этo мoжeт быть, мoжeт и oбрaзoвывaть фeрмeнты? Eсли бы этo былo прaвдoй, тo РНК мoжeт быть oригинaльный и унивeрсaльный — живoй мoлeкулoй, xрaнящeй инфoрмaцию, кaк этo дeлaeт в нaстoящee врeмя ДНК и кaтaлизирующeй реакции, как это делают некоторые белки.

Это была отличная идея, но десять лет он не получил никаких доказательств.

Томас Чех, 2007 год

Томас Чех родился и вырос в штате Айова. Уже в детстве он был очарован горных пород и минералов. И уже в средней школе он заглядывал в местном университете и стучался в двери геологов с просьбой показать модели минеральных структур.

Но в конце концов он стал биохимиком и сосредоточена РНК.

В начале 1980-х годов Чех и его коллеги по Университету штата Колорадо в Боулдере узнали, одноклеточный организм Tetrahymena thermophila. Их роль в клетке механизм включает в себя цепи РНК. Чех обнаружил, что отдельный сегмент РНК каким-то образом был отделен от других, так как его вырезать ножницами.

Когда ученые убрали все ферменты и другие молекулы, которые могут быть молекулярными ножницами, РНК-продолжал выделываться. Так они нашли первый фермент РНК: короткий участок РНК, который может сократить себя в длинной цепи, частью которой является.

Результаты работы Чех опубликовал в 1982 году. году. В следующем году другая группа ученых обнаружила еще один фермент РНК, «рибозим» (сокращение от «рибонуклеиновая кислота» и «энзим», это же фермент). Обнаружение двух фермент РНК-один за другим, сослался на то, что их должно быть гораздо больше. И так идея начала жизни РНК начал выглядеть респектабельным.

Но имя этой идеи дал Уолтер Гилберт из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс. Как физик, восхищающийся молекулярной биологии, Гилберт стал также одним из первых сторонников генома человека.

В 1986 году Гилберт пишет Nature, что жизнь началась в «мире РНК».

Первый этап развития, заявил Гилберт, состоял из «молекулы РНК выполняют каталитическую активность, которая необходима, чтобы построить себе отвар нуклеотидов». Копировать и добавлять различные биты РНК с, молекулы РНК удалось создать еще более полезные последовательности. В конце концов, они нашли способ, как создавать белок и белок ферменты, которые оказались настолько полезными, что, в значительной степени были вытеснены версии РНК и дали начало жизни, которое у нас есть.

«Мир РНК» — это элегантный способ собрать трудно жизнь с нуля. Вместо того, чтобы полагаться на параллельное образование на десятки биологических молекул первичного бульона, «одна за всех» молекулы могли бы сделать всю работу.

2000 гипотеза «мира РНК» выиграл огромная часть доказательств.

Рибосома делает белки

Томас Стейц провел 30 лет, изучая структуры молекул живых клеток. В 1990-х годах он посвятил себя самые серьезные задачи: определить структуру рибосомы.

Рибосома является в каждой живой клетке. Это большая молекула, читает инструкции, РНК и выстраивает аминокислот, чтобы сделать белки. Рибосомы их в клетках построена большая часть вашего тела.

Было известно, что рибосома содержит РНК. Но в 2000 году команда Стейца производится подробное изображение структуры рибосомы, которые показали, что РНК была каталитическим ядро рибосомы.

Это было важно, потому что рибосома принципиально важно в жизни, и это очень древней. Тот факт, что это важно, машина была построена РНК, сделал гипотезу «мира РНК» еще более правдоподобной.

Сторонники «мира РНК» восторжествовали, а в 2009 году Стейц стал частью Нобелевской премии. Но с тех пор ученые начали сомневаться. С самого начала у идеи «мира РНК» было две проблемы. Может ли РНК действительно сделать все функции жизни для себя? Может, если он образуется на ранней Земле?

Прошло 30 лет с тех пор, как Гилберт заложил основу для «мира РНК», и мы до сих пор не нашли четких доказательств того, что РНК может делать все, что от него требует теория. Это небольшой умелые молекулы, но это не может уметь все.

Ясно было лишь одно. Если жизнь началась с молекулы РНК, РНК должен был быть в состоянии сделать копии для себя: он должен был быть самовоспроизводящейся, самореплицирующейся.

Но ни один из известных РНК не может самовоспроизводиться. Как и ДНК. Им необходимо батальон ферментов и других молекул, чтобы создать копию или кусочек РНК или ДНК.

Так, в конце 1980-х годов некоторые ученые начали очень донкихотские поиски. Они задумали создать самовоспроизводящуюся РНК для себя.

Джек Шостак

Джек Шостак из Гарвардской школы медицины был одним из первых, кто принял в этом участие. В детстве он был так увлечен химией, что, кроме лаборатории в подвале своего дома. Не забывая о вашей безопасности, если он даже организовал взрыв, после чего на потолке застряла стеклянная трубка.

В начале 1980-х годов Шостак помог показать, как гены защищают себя процесс старения. Это довольно раннее исследование в конечном итоге принесла ему часть Нобелевской премии. Но вскоре он восхитился ферментов РНК Чеха. «Я думал, что эта работа бесподобна», — говорит он. «В принципе, возможно, что РНК катализирует свое воспроизводство».

1988. в Чех обнаружили фермент РНК, которые могут быть построены в короткие молекулы РНК длиной 10 нуклеотидов. Шостак решил улучшить открытие, представив новые ферменты РНК в лаборатории. Его команда создала случайные последовательности и проверяет, есть ли хотя бы один из них каталитическими способностями. Тогда они взяли эти последовательности, переделывали и снова проверяется.

После 10 раундов такая деятельность Шостак производства фермента РНК, что ускоренное протекание реакции в семь миллионов раз. Он показал, что РНК-ферменты могут быть по-настоящему мощным. Но их фермента не мог скопировать себе, даже чуточку. Шостак был в тупике.

Возможно, что жизнь началась с РНК не

Следующий большой шаг построен в 2001 году бывший студент Шостака Давид Бартель Массачусетский технологический институт в Кембридже. Бартель сделал РНК-фермент R18, чтобы получить возможность добавлять новые нуклеотиды цепи РНК на основе существующего шаблона. Другими словами, он добавил не случайно нуклеотиды: он правильно копировал последовательности.

Если это было еще саморепликатор, но уже что-то подобное. R18 состояла из цепи 189 нуклеотидов и может надежно добавить 11 нуклеотидов цепи: 6% от их длины. Была надежда, что некоторые параметры, позволит ему построить цепь длина 189 нуклеотидов — как он сам.

Лучшее, что я мог сделать, было Филиппу Холлигеру 2011. в Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже. Его команда создала модифицированный R18 под названием tC19Z, который копировал последовательность до 95 нуклеотидов в длину. Это 48% от своей собственной длины: более чем на R18, но далеко не 100%.

Альтернативный подход, предложенный Джеральдом Джойсом и Трейси Линкольном Института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния. 2009. году они создали фермента РНК, размножается, косвенно. Их фермента сочетает в себе два маленьких кусочка РНК для создания второго фермента. Затем соединяет две другие части РНК, что восстановить исходный фермент.

Если у вас есть сырье, это простой цикл может продолжаться до бесконечности. Но ферменты работали только тогда, когда они получили правильные РНК цепи, которая должна была сделать Джойсу и Линкольну.

Многие ученые, которые скептически относятся к «миру РНК» отсутствие самовоспроизводящейся РНК смертельная проблема этой гипотезы. РНК, кажется, просто не может взять и начать свою жизнь.

Также проблему усугубляет неудачи, химики пытаются создать РНК с нуля. Казалось бы, просто молекула по сравнению с ДНК, но сделать это очень трудно.

Проблема сахара и на основе, которые составляют каждый нуклеотид. Можно сделать каждый из них в отдельности, но они упорно отказываются от захвата. Топ-1990-х годов эта проблема возникла. Многие биологи заподозрили, что гипотеза «мира РНК», несмотря на всю привлекательность, может быть, не совсем правильно.

Вместо того, возможно, что в начале на нем был какой-то другой тип молекулы: что-то проще, чем РНК, которая на самом деле может собрать себя из первичного бульона и начать самовоспроизводиться. Первый может быть это молекулы, которые затем привели к РНК, ДНК и других.

ДНК вряд ли может возникнуть на ранней Земле

1991. в Питер Нильсен из Университета Копенгагена в Дании придумали кандидат первичные репликаторы.

Это была, по сути, сильно модифицированная версия ДНК. Nielsen сохранил те же основы — A, T, C и G, существует в ДНК, но сделал большую цепь молекулы под названием полиамиды, а не сахара, которые также имеются в ДНК. Он назвал новой молекулы полиимида нуклеиновой кислотой, или NCP. Непонятным образом с того времени он стал известен пептидная нуклеиновая кислота.

NCP никогда не видел в природе. Но ведет он себя почти как ДНК. Цепи ПНК, возможно, даже занять место в одной из цепей молекулы ДНК, и причины спариваться, как обычно. Кроме того, NCP может закручиваться в двойную спираль, как ДНК.

Стэнли Миллер, был заинтригован. Глубоко скептически относиться к РНК-миру, он подозревал, что NCP был гораздо более вероятным кандидатом на первый генетический материал.

В 2000 году он оставил несколько уверенных доказательств. К тому времени он уже стукнуло 70, и он пережил несколько инсультов, который может отправить ее в дом престарелых, но не упал. Он повторил свой классический эксперимент, который мы обсуждали в первой главе, на этот раз используя метан, азот, аммиак и воду — и стал полиамидную основу NCP.

Это позволило утверждать, что в ПНК, в отличие от РНК, могли возникнуть на ранней Земле.

Молекулы треозо-нуклеиновой кислоты

Другие химики придумали свои альтернативные нуклеиновых кислот.

В 2000 году Альберт Эшенмозер сделал треозо-нуклеиновую кислоту (ТНК). Это же ДНК, но с другой на основе сахара. Цепи ТНК могут образовывать двойную спираль и информация копируется в обоих направлениях между РНК и ТНК.

Кроме того, ТНК могут создавать сложные формы, и даже захвата белка. Это намекает на то, что ТНК могут выступать в качестве фермента, который похож на РНК.

2005. году Эрик Меггес сделал гликолевую нуклеиновую кислоту, которая может вызвать спиральной структуры.

В любом из этих альтернативных нуклеиновые кислоты есть свои приверженцы. Но следы их в природе не найти, так что, когда первая жизнь действительно использовал их в какой-то момент ей пришлось полностью отказаться от них в пользу РНК и ДНК. Это может быть правдой, но никаких доказательств нет.

Наконец, к середине 2000-х годов сторонники мира РНК были в затруднительном положении.

С одной стороны, РНК-ферментов существует и также одна важная часть биологической инженерии, рибосому. Хорошо.

Но самовоспроизводящуюся РНК найти не удалось, и никто не мог понять, как образуются РНК в первичном бульоне. Альтернативные нуклеиновых кислот может быть решена последняя задача, но нет никаких доказательств, что они существуют в природе. Не очень хорошо.

Очевидный вывод был такой: «мир РНК», несмотря на свою привлекательность, оказались мифом.

Между тем, с 1980-х годов постепенно набирала обороты другая теория. Его сторонники утверждают, что жизнь началась не с РНК, ДНК или другие генетические вещества. Вместо этого он начал с механизм использования энергии.

Жизнь требует энергии, чтобы остаться в живых

Продолжение—.

Секрет появления жизни на Земле. Третья часть: поиск первого репликатора
Илья Хель

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.