Para saintis dari University of Cambridge telah menerima bukti baru yang menyokong hipotesis dunia RNA. Ternyata rantai asid amino kecil, apabila digabungkan dengan RNA, meningkatkan sifat pemangkinnya, memungkinkan mereka menjadi kurang bergantung pada ion toksik. Dan ini adalah syarat yang diperlukan untuk pembentukan sel pertama. "Lenta.ru" membicarakan karya yang diterbitkan dalam jurnal Nature.
Menurut hipotesis dunia RNA, kehidupan timbul dari sistem biologi sederhana di mana tidak ada molekul DNA dan protein. Ia terdiri daripada kompleks RNA yang tidak hanya dapat menyimpan maklumat genetik, tetapi juga menjadi pemangkin reaksi kimia (dalam kes ini, mereka disebut ribozim). Dengan kata lain, mereka menggabungkan fungsi DNA dan enzim. Kemudian gabungan RNA dengan peptida dan asid deoksiribonukleik menyebabkan kemunculan organisma uniselular. Namun, timbul persoalan: apa faedahnya dari interaksi antara dunia RNA dan protein?
Ribozim, yang disebut polimerase RNA, dianggap telah membentuk sebahagian besar dunia RNA. Mereka adalah peniru - objek yang mampu meniru diri sendiri. Sumber untuk ini adalah nukleotida dalam kuah primer. Pada mulanya, ribozim sukar menyalin diri kerana kemampuan pemangkinnya tidak dikembangkan. Mereka melakukan kesilapan, yang mengakibatkan ribozim dengan mutasi. Perubahan ini dapat menghilangkan kemampuan polimerase RNA untuk menjadi pemangkin; namun, dalam beberapa kes, kualiti ini sebaliknya meningkat. Lama kelamaan, ribozim dihasilkan semula dengan lebih pantas dan tepat, semakin banyak dan memenangi pertandingan untuk mendapatkan sumber.
Oleh itu, ribozim adalah genom utama, kerana mereka menyimpan maklumat genetik mengenai urutan mereka sendiri. Kemudian, mereka dimasukkan ke dalam zarah-zarah yang dibentuk oleh membran lipid, yang menyebabkan pembentukan protosel pertama. Para saintis dapat mensintesis analog ribozim polimerase RNA, yang menjadi pemangkin sintesis ribozim lain, atau bahkan menyalin urutan pendek ribonukleotida. Walau bagaimanapun, masih belum mungkin untuk mendapatkan ribozyme-replicator.
Ribosom Thermus thermophilus
Imej: Domain Awam / Wikimedia
Terdapat masalah lain juga. Ribozim yang disintesis di makmal hanya aktif pada kepekatan ion magnesium yang sangat tinggi, yang memusnahkan membran lipid. Ini bermaksud bahawa terdapat ketidaksesuaian asas antara polimerase RNA ribonukleik dan proses pembentukan protosel.
Video promosi:
Keadaan diselamatkan oleh fakta bahawa molekul RNA belum diasingkan dari sebatian kimia lain, seperti peptida. Ribozim boleh bekerjasama dengan urutan asid amino, yang mempengaruhi fungsi mereka. Ini juga disokong oleh kenyataan bahawa aktiviti ribozim seperti spliceosomes (memotong intron dari RNA messenger yang matang), ribosom (terlibat dalam sintesis protein) dan ribonuclease P (mangkinkan RNA degradasi) bergantung pada protein yang berkaitan. Penyelidikan menunjukkan bahawa protein tertentu yang mengikat ribozim menyebabkan perubahan struktur dan fungsi sekundernya. Oleh itu, dalam hal ribonucleases P, protein dapat mengurangkan kepekatan ion magnesium yang diperlukan untuk aktiviti mereka. Dengan ini, para saintis memutuskan untuk mengetahui apakah peptida boleh mempengaruhi fungsi ribozim polimerase RNA dengan cara yang sama, mengurangkan pergantungan mereka pada magnesium.
Untuk menjawab soalan ini, perlu memilih bukan protein, tetapi hanya protein yang pernah berinteraksi dengan ribozim dunia RNA. Para saintis beralih ke struktur ribosom, yang merupakan sejenis peninggalan molekul. Hasil penyelidikan menunjukkan bahawa ribosom dalam bentuk modennya sudah ada di LUCA - nenek moyang umum dari semua bentuk kehidupan moden.
Struktur subunit ribosom Thermus thermophilus
Imej: Philipp Holliger / Cambridge
Dalam struktur ribosom, dibentuk oleh protein, asid ribonukleik dan ion, evolusi dicatat. Oleh itu, asas subunit ribosom besar diperkaya dengan ion magnesium. Secara beransur-ansur, ia ditumbuhi modul tambahan di mana ion digantikan oleh peptida. Menurut saintis, hubungan antara ribozim dan rantai asid amino mencerminkan sejarah evolusi dunia RNA dan peralihannya ke dunia peptida RNA. Itulah sebabnya kesan peptida dari ribosom, yang dianggap sebagai urutan protein paling kuno di Bumi, dianalisis.
Para penyelidik mengenal pasti beberapa peptida dari kedua-dua subunit ribosom bakteria Thermus thermophilus, yang meningkatkan aktiviti ribozim Z polimerase RNA, yang meniru molekul RNA.
Imej mikroskopi pendarfluor vesikel membran
Imej: Makmal Biologi Molekul MRC / Cambridge / United Kingdom
Walau bagaimanapun, kesan yang paling ketara dimiliki oleh homopolimer lysine decapeptide (K10), urutan asid amino dari sepuluh molekul lisin. Ia menyokong fungsi ribozim pada kepekatan ion magnesium yang rendah, membentuk kompleks peptida-ribozim. Para saintis mencadangkan bahawa ini disebabkan oleh penstabilan perantaraan dalam kitaran pemangkin.
Untuk menguji apakah peptida ini dapat mempromosikan aktiviti ribozim di dalam ruang membran, para penyelidik melakukan eksperimen. Vesikel stabil diperoleh, terdiri dari fosfolipid dan diasilgliserol, di mana RNA dikemas. Pada kepekatan ion magnesium 10 milimol (selamat untuk membran) dan di hadapan K10, sintesis RNA yang dikatalisis ribozim diperhatikan. Sekiranya tiada magnesium, sintesis tidak berlaku.
Ini menunjukkan bahawa peptida memang memungkinkan ribozim melakukan aktiviti pemangkin pada kepekatan ion toksik yang rendah. Akibatnya, ketergantungan RNA polimerase pada molekul anorganik menurun, yang memudahkan evolusi mereka dan, akhirnya, evolusi sel.
Alexander Enikeev
