Рибонуклеиновая кислота – яйцо или курица?

Автор: | 30 мая 2011

Рибонуклеиновая кислота

Недавно ученые экспериментально доказали существующую теорию происхождения жизни на Земле, называемую «Мир РНК». До создания искусственной копии молекулам рибонуклеиновой кислоты не удавалось «поставить на ноги» свое воспроизводство. Но трудами ученых на свет появилась РНК, которая способна клонировать саму себя.

Из курса биологи, преподаваемой в школе, нам известно, что белки регулируют большинство процессов, происходящих в организме. Клетки сами занимаются производством необходимых белков, регулируя их количество в зависимости от потребностей организма. Информация о строении каждого синтезируемого белка содержится в специальных отделах молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоте) в виде определенной последовательности нуклеотидов. ДНК, в свою очередь, содержится в ядре клетки. Прочитать эту информацию и создать подобный белок – это задача далеко не из легких.

Обычное состояние молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – двойная закрученная спираль. Но когда ДНК находится в этом состоянии с нее невозможно прочесть информацию. Для решения этой проблемы существуют специальные белки, которые расплетают молекулу, перед тем, как другие белки снимут копию с гена. Снятая как под копирку копия имеет вид молекулы рибонуклеиновой кислоты – одноцепочечной молекулы, генетический код которой (определенная последовательность нуклеотидов) полностью идентичен аналоговому гену.

Далее по плану, пройдя некоторые модификации, РНК-копия белка попадает в рибосому – специальный немембранный клеточный органоид. Рибосомы находятся не в ядре клетки, а в ее цитоплазме. В рибосомах из аминокислот РНК-копии начинается синтез белка. Следует добавить, что каждой аминокислоте рибонуклеиновой кислоты присущ определенный кодон (тройка нуклеотидных остатков). После того, как синтез белка завершен, специальные белки сразу же уничтожают РНК-копию, разрезая ее на составляющие нуклеотиды. Эти «отработанные» составляющие отправляются обратно в ядро и там участвуют в сборке новой рибонуклеиновой кислоты.

Что же в итоге мы имеем? Белок, который является регулятором всех процессов в организме, и ДНК, которая несет информацию о строении самого белка. При этом существует прямая зависимость одного вещества от другого. Если отсутствует молекулы ДНК, у клетки не будет информации о строении белка, а без белка задача передачи наследственно информации становится невыполнимой. Эта путаница не давала покоя тем, кто занимается изучением происхождения жизни, порождая один вопрос – что же появилось раньше, ДНК или белок?

На вопрос, который сродни загадке о курице и яйце, до недавнего времени не могли ответить даже самые продвинутые теоретики. Все проводимые опыты бескомпромиссно показывали, что белок практически не может самосинтезироваться, не привлекая к этому процессу ДНК (и РНК). Самосборка ДНК без участия специальных белков также невозможна. Поэтому предполагать, что ДНК и белок появились и существовали отдельно друг от друга, а потом вдруг встретились и стали взаимодействовать, как минимум, неправдоподобно.

молекула ДНК

В последнее время точка зрения многих ученых изменилась, и теперь в кругах специалистов по молекулярной бтологии растет уверенность в том, что в начале, когда примитивные организмы не были снабжены ДНК и белками, молекула рибонуклеиновой кислоты взяла на себя выполнение их функций. РНК выполняла двойную роль – информационного хранителя и регулятора важнейших процессов. При всей этой «занятости» она могла самосинтезироваться, передавая тем самым потомкам наследственную информацию. Новая гипотеза была названа «Мир РНК».

Новая гипотеза заманчива, но для любой гипотезы нужны опытные доказательства. А могут ли таковые быть? О существовании ферментативной или каталитической рибонуклеиновой кислоты (называемой также рибозим) было известно давно. Рибозимы – это молекулы РНК, выполняющие каталитическое действие, то есть они катализируют собственное расщепление. Активные РНК встречаются в клетках очень редко, но они очень важны для их существования. К примеру, рибозимом является активная часть рибосомы, где скапливается белок из аминокислот. Именно этот рибозим «курирует» процесс соединения отдельных аминокислот в белковую цепочку.

Однако главным вопросом для молекулярных биологов оставался вопрос о том, может ли рибозим сам, без помощи сторонних веществ, катализировать сборку собственного клона? Все попытки ученых создать искусственную рибонуклеиновую кислоту, как правило, заканчивались неудачей. На протяжении долгого времени РНК-клоны были способны воспроизвести последовательность всего из 14 нуклеотидов. Для сравнения можно взять самую маленькую рибонуклеиновую кислоту вирусов, которая состоит из нескольких сотен нуклеотидов. Более того, капризные рибозимы ленились копировать все нуклеотидные последовательности, и «фотографировали» лишь выборочные.

Так было до тех пор, пока Филипп Холлигер, ученый из Кембриджского университета, не решил создать улучшенную версию активной рибонуклеиновой кислоты. Он вместе с коллегами провел тщательный отбор среди тысяч рибозимов, и отобрали несколько вариантов, которые наиболее эффективно показали способность к длительному копированию. И уже из этих нескольких «отличников» ученые создали «суперрибозим», который получил название tC19Z.

Рибозим-tC19Z

В результате проведенных испытаний рибозиму удалось воспроизвести нуклеотидную последовательность, состоящую из 95 нуклеотидов. Некоторые последовательности у tC19Z получалось копировать лучше, некоторые хуже. Но в целом «суперрибозим» справился с задачей намного лучше и эффективнее, чем его предшественники, сумев синтезировать куски, составляющие почти половину от его собственной длины.

Несмотря на успешность проведенного опыта, для полного подтверждения справедливости теории «Мира РНК» нужно синтезировать активную рибонуклеиновую кислоту, которая будет способен на полноценное воспроизведение своей копии. Но сам факт получения молекулы РНК с половинной мощностью делает эту теорию более достоверной.

Согласно РНК-теории, первые молекулы рибонуклеиновой кислоты были слишком короткими и появились в результате случайной самосборки. Как показывают проведенные эксперименты, подобные процессы возможны в бескислородной среде. Они обладали каталитической активностью, благодаря чему выполняли функцию появившихся позже белков и, сохраняя данные о собственном строении, были способны делиться, передавая информацию потомкам.

Постепенно молекулы рибонуклеиновой кислоты совершенствовались, создавая более длинные нуклеотидные последовательности, и, в определенный момент приобрели способность синтезировать белки. РНК уступила часть своих обязанностей более совершенным регуляторам происходящих в организме процессов – белкам, оставив за собой право хранителя наследственной информации (некоторые существующие на сегодня вирусы до сих пор снабжены такой рибонуклеиновой кислотой).

Впоследствии, вероятно из-за ошибок, случавшихся в процессе копирования, в некоторых потомках РНК произошла замена одних веществ другими (азотистое основание урацил заменился тимином, сахар рибоза был заменен дезоксирибозой). В результате таких эволюционных мутаций появилась ДНК, которая, благодаря своему строению, оказалась более надежным хранителем наследственной информации. Так рибонуклеиновая кислота утратила свою первоначальную функцию, оставив себе лишь роль посредника между ДНК и белком.

Оставим ученым возможность биться над загадкой происхождения жизни на земле, но главная наша задача – ее достойное продолжение. Детская адаптированная смесь «enfamil» позволит вашему малышу без особых трудностей перейти на полное или смешанное искусственное вскармливание. Широкий выбор детского питания "Энфамил" представлен в интернет магазине "Мерси.ру", причем по доступным для вас ценам.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.