Британские биохимики предложили интересную гипотезу происхождения трех химических соединений, необходимых для возникновения жизни – нуклеиновых кислот, аминокислот и липидов. По их мнению, молекулы всех трех групп могли быть синтезированы на ранней Земле в условиях избытка цианидов, медных катализаторов и ультрафиолетового освещения.

 Один из парадоксов, связанных с возникновением жизни на нашей планете, заключается в том, что для появления первых живых систем необходимо одновременное присутствие в одном месте нуклеиновых кислот, аминокислот и липидов. При этом из аминокислот с помощью нуклеиновых кислот синтезируются белки – строительный материал живых систем, а липидная оболочка удерживает всю эту "производственную линию" вместе, образуя подобие клеточных стенок. Но нуклеиновые кислоты – РНК и ДНК – не могут быть скопированы в отсутствие белков, белки не могут появиться без нуклеиновых кислот, а для липидной оболочки потребны специальные белки, синтезируемые при участии ферментов, кодируемых нуклеиновыми кислотами.

Эта ситуация, представляющая собой усложненный и более запутанный вариант известного парадокса яйца и курицы, до последнего времени не обещала заметных прорывов. Гипотезу, кажущуюся достаточно правдоподобной, предложили недавно Бавеш Пател и его коллеги из Кембриджского университета. По их данным, предшественники РНК, аминокислот и липидов могут быть получены в результате достаточно простых реакций с участием цианистого водорода и его производных. Следовательно, и все клеточные подсистемы способны возникнуть одновременно из этих химических соединений путем гомологизации исходных молекул. Ключевыми условиями для данного синтеза британские биохимики называют наличие ультрафиолета, восстановительную сероводородную обстановку, медь в качестве катализатора и избыток цианистых соединений.

Начав только с цианистого водорода, сероводорода и ультрафиолета, ученые получили прекурсоры (предшественники) нуклеиновых кислот. Условия, необходимые для получения предшественников РНК, оказались подходящими и для возникновения прекурсоров природных аминокислот и липидов. Иными словами, обнаружен набор реакций, который одновременно и в одном месте создают все "кирпичики" для возникновения жизни. Затем в ходе цикличных реакций в присутствии меди в качестве катализатора из этих "кирпичиков" выстраиваются искомые молекулы.

"Это очень важная работа. Она впервые предлагает сценарий, по которому практически все необходимые строительные блоки для жизни могут быть собраны в одних геологических условиях", – прокомментировал публикацию молекулярный биолог Главного массачусетского госпиталя в Бостоне и эксперт по происхождению жизни Джек Шостак.

А вот другой специалист по происхождению жизни, биохимик Университетского колледжа в Лондоне Ник Лейн уверен, что хотя авторы исследования и продемонстрировали "согласованный набор идей", их работа "не имеет ничего общего с современной биохимией". "Геохимический контекст этих процессов просто невероятен, потому что предполагает очень высокие концентрации цианидов. Но у нас нет никаких доказательств в пользу их существования", – заявил Лейн, добавив, что конструировать сложные метаболитические сети не так уж трудно, но стоит все же помнить о "более реалистичном их окружении".

Источник: PaleoNews

Исследователи постоянно пытаются заставить бактерии производить какие-нибудь вещества, от белков до топливных углеводородов, и самая типичная технологическая проблема при этом — малый выход требуемых молекул. Обычно такие молекулярно-биотехнологические манипуляции сводятся к тому, что в геном бактерии вставляют ген, кодирующий нужный белок; таких генов может быть несколько, и эти белки могут иметь самые разные свойства. Однако синтез мРНК на ДНК и последующий синтез белковой молекулы на мРНК подчиняются множеству факторов, влияющих, разумеется, на активность всей этой машинерии. И необходимость их учёта является постоянной головной болью тех, кто занимается подобными молекулярно-генетическими работами. 

Рибосомы на двух нитях мРНК; от рибосом отходят фрагменты синтезируемой полипептидной цепи. (Фото Visuals Unlimited / Corbis.)Один из таких факторов связан с редкими кодонами — триплетами нуклеотидов, соответствующих тем или иным аминокислотам. Как известно, все аминокислоты, использующиеся при синтезе белка, кодируются в генетическом коде «словами» из трёх нуклеотидных букв; однако таких «слов» в коде гораздо больше, чем аминокислот, то есть, получается, одной и той же аминокислоте соответствует больше одного кодона. Эти кодоны используются в генах с разной частотой, одни чаще, другие реже; последние поэтому и называются редкими. 

Некоторое время назад исследователи заметили, что у бактерий такие редкие кодоны тяготеют к началу кодирующей области в гене, и на мРНК рибосома, стало быть, сталкивается с ними в первую очередь. Более того, чем больше редких кодонов оказывалось в начале, тем больше белка синтезировалось на такой матрице. Никто не знал, почему так происходит, но предположения выдвигались самые разные. По одной гипотезе, редкие кодоны служат тормозами рибосомам: на таких кодонах рибосоме приходится ждать, когда к ней придёт аминоацилированная транспортная РНК с соответствующей кодону аминокислотой. Потом, на обычных кодонах, рибосома постепенно разгоняется. Если же в начале редких кодонов нет, то рибосомы сразу ускоряются, и случается так, что сзади идущая нагоняет переднюю, сталкивается с ней, и эта авария прекращает биосинтез. А если в начале мРНК стоят редкие кодоны, то они, как регулировщики скорости, делают так, что все рибосомы добираются до конца мРНК, тем самым увеличивая продукцию белка. 

По другим предположениям выходило, что редкие кодоны как-то меняют пространственную укладку мРНК, но эти изменения опять же влияют на скорость движения рибосом.

 Проверить эти гипотезы экспериментально попробовали трое исследователей изИнститута Вайса при Гарвардском университете (США). Сначала они выяснили, как сильно редкие кодоны увеличивают продукцию белка. Для этого редкие и обычные кодоны вставлялись в зелёный флюоресцентный белок, который вводился в бактерию. По тому, как бактерия светилась, можно было понять, как работают начальные кодоны.

Как пишут авторы работы в Science, появление лишь одного редкого кодона могло усилить синтез белка в 60 раз.

Во-вторых, исследователи сравнили скорость эффективность синтеза белка на мРНК с редкими кодонами и на мРНК без редких кодонов, но обладающих пространственной структурой, замедляющей рибосомы. В итоге оказалось, что и то и другое действительно увеличивает эффективность синтеза, но редкие кодоны работают сами по себе и их эффект от структуры мРНК не зависит. 

Фундаментальные и практические выводы из полученных результатов очевидны: удалось не только экспериментально подтвердить гипотезу, касающуюся одной из самых общих проблем в молекулярной биологии, но и показать, с помощью каких уловок можно заставить бактерии производить больше биотехнологического продукта.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА