Loading color scheme

тРНК акцепторный ствол и антикодоновые основания образуют независимые коды, связанные со сборкой белков

tRNA acceptor stem and anticodon bases form independent codes related to protein folding. Charles W. Carter, Jr. and Richard Wolfenden. PNAS. 2015. Vol. 112. No 24. Р. 7489–7494.

Способность молекул РНК одновременно служить и носителем информации, и катализатором химических реакций позволила в свое время выдвинуть гипотезу о том, что именно РНК была первым сложным полимером, который появился в процессе добиологической эволюции. Авторы статьи утверждают, первые живые клетки на Земле содержали в себе не только РНК, но и белки, которые могли существовать в горячей воде первичного океана планеты и без которых сборка этих сложных молекул была бы невозможной: то есть, жизнь на ранней Земле была «миром белков и РНК», а не просто «миром РНК», как считали ранее. Проанализировали свойства 20 аминокислот, авторы выяснили, что РНК не могли формировать сложные органические соединения в одиночку. По всей видимости, в первичных реакциях была задействована аминоацил-тРНК-синтетаза – белковый фермент, который позволяет РНК правильно считывать генетическую информацию при синтезе белков. Взаимодействия между РНК и пептидами, скорее всего, были необходимы для спонтанного развития того многообразия и химической сложности, которые характерны для современного мира живых существ. Проблема заключается в том, что молекулы белков сохраняют стабильность только в очень узком диапазоне базовых химических параметров. Если хотя бы один из них нарушается, то трехмерная молекула белков обычно распадается или деформируется. Однако считается, первичный океан Земли был слишком теплым для того, чтобы молекулы белков в нем могли нормально существовать. Авторы решили проверить это, изучив, как ведут себя аминокислоты при высоких температурах. Эти эксперименты привели к неожиданным результатам. Оказалось, что степень различий в физических свойствах аминокислот и то, как они взаимодействовали с нуклеотидами, были примерно одинаковыми и при 25 °С (оптимальной температуре для жизни), и при 100 °С, что говорит о возможности существования трехмерных молекул белков в горячем первичном океане Земли. Подтверждение этому ученые нашли в транспортных молекулах РНК (тРНК), которые захватывают аминокислоты и переносят их к центру сборки белков в клетке. Как оказалось, тРНК содержат в себе две системы распознавания аминокислот, одна из которых ориентируется на размер их молекул, а вторая – на то, насколько хорошо они отталкивают воду. Первая находится на «хвосте» тРНК, за который цепляется аминокислота, и состоит из четырех генетических фрагментов, комбинация которых позволяет закодировать 24 разных размера молекул. Вторая расположена в верхней части тРНК, в так называемом антикодоне из трех нуклеотидов, который цепляется за декодируемую цепочку генетической информации. Существование подобной двойной системы отбора аминокислот говорит о том, что эволюция белков шла в два этапа во время зарождения жизни. Первый из них завершился еще до появления ДНК, и в то время молекулы белков были устроены достаточно просто – в виде одиночных линий и простых двумерных конструкций. Для сборки таких структур было достаточно знать размеры аминокислот, которые, по всей видимости, кодировались в РНК молекулах организмов. Данные белки, судя по всему, играли вспомогательную роль и помогали клетке стабилизировать РНК-молекулы. Появление нового носителя информации – ДНК – и связанной с ним возможности различать аминокислоты и по степени их гидрофобности позволило жизни сделать качественный шаг вперед и начать использовать сложные трехмерные белковые структуры, в результате чего жизнь приобрела тот облик, которым она обладает сегодня.

В.В. Стрекопытов