Что было первым в эволюции жизни? До сих пор ученые отвечали на вопрос тремя буквами: ДНК. Но в сотрудничестве отца и дочери, опубликованном в Журнале теоретической биологии, доктор. Мередит Рут-Бернштейн, Орхусский университет, Дания, и доктор.
Роберт Рут-Бернштейн, Университет штата Мичиган, США, представил доказательства того, что на этот вопрос лучше отвечать словом: рибосомы.
Рибосома — это большая и сложная молекула, обнаруженная во всех живых клетках. Он содержит механизм для перевода генетической информации из ДНК в белки, которые выполняют всю работу клетки и составляют большую часть ее структуры.
«Рибосомы состоят из трех инкрустированных белками цепей РНК, которые, как говорят нам учебники, являются чисто структурными, но мы показываем, что рибосомные РНК когда-то действовали как гены, мРНК и тРНК, необходимые для создания своих собственных компонентов, и дали начало этим структурам в современном мире. клетки ", — говорит доктор. Мередит Рут-Бернштейн.
Чего хочет ДНК?
Сотрудничество отца и дочери началось, когда Мередит перечитывала книгу своего отца Роберта Рут-Бернстайна 1989 года «Открытие».
«В середине книги, вдохновленный стратегиями открытий, которые обсуждает там мой отец, я поднял глаза и спросил:« Чего хочет ДНК??"Антропоморфизация большой молекулы может показаться странной.
Тем не менее, теория эгоистичного гена обычно выражается в научном сокращении, поскольку «ДНК хочет воспроизвести себя.«Но мне было интересно, действительно ли ДНК этого хочет», — сказал доктор. Мередит объясняет.
Когда химики-органики антропоморфизируют молекулы, они говорят, что молекулы «хотят находиться в самой низкоэнергетической конформации."Это означает, что когда у них есть энергия, молекулы могут переходить в разные формы, но у них есть положение покоя, в которое они возвращаются.
Положение покоя ДНК очень плотно скручено. Это настолько сложно разгадать, что исследователи не до конца понимают, как различные вспомогательные молекулы разворачиваются и распаковывают их для репликации и трансляции.
Таким образом, как поняла Мередит, с точки зрения органической химии, ответ на вопрос «чего хочет ДНК»: она хочет сидеть, свернувшись клубком.
ДНК не хочет реплицировать или транслировать.
Вывод о том, что ДНК вряд ли может быть динамическим двигателем эволюционных процессов, привел к следующему вопросу: так кто же хочет заниматься репликацией и трансляцией??
Эгоистичная рибосома
Для Мередит и Роберта Рут-Бернстайн ответ ясен: рибосома.
Его положение покоя «готово преобразовать ДНК в белки»."И не только рибосомы обнаружены во всех клетках всех организмов, они почти идентичны у всех живых существ.
Рибосомы состоят из двух типов молекул: белков и РНК. РНК структурно очень похожа на ДНК и существует в трех формах.
Одной из форм РНК является рибосомная РНК или рРНК, которая, согласно знаниям из учебников, является чисто структурной, образуя каркас или скелет рибосомной "машины".«Два других вида РНК, информационная РНК или мРНК и транспортная РНК или тРНК, находятся вне рибосомы и помогают рибосомной« машине »собирать белки из инструкций ДНК. мРНК транскрибирует генетическую информацию из ДНК и переносит ее на рибосому. тРНК переводит сообщение мРНК в аминокислоты, которые связаны вместе на рибосоме, чтобы образовать белок.
Вдохновленная открытием, Мередит перевернула идею эгоистичного гена. Что, если рибосомы «эгоистично» пытаются воспроизвести себя?
Рециклируют ли рибосомы рибосомную РНК для взаимодействия с белками, создавая мРНК и тРНК, которые мы знаем сегодня, и изобрели ли ДНК в качестве надежно хранимых инструкций по сборке?? Если бы это было так, то последовательности рРНК должны соответствовать последовательностям мРНК, тРНК и ДНК, кодирующих рибосомные белки.
Эта новая гипотеза была проверена Робертом, сравнив рибосомальную РНК с базами данных всех РНК, ДНК и белков бактерий E. кишечная палочка.
Если рибосомы хотят воспроизводить себя, рРНК должна содержать три вещи, которые никто никогда раньше не замечал. Во-первых, он должен содержать «гены», кодирующие его собственные рибосомные белки, чтобы иметь возможность формировать работающую «машину».«Во-вторых, он должен содержать мРНК, необходимые для передачи его собственной генетической информации на» машину."Наконец, он должен был кодировать тРНК, необходимые для трансляции мРНК в белки.
Мередит и Роберт Рут-Бернстайн показали, что структура рРНК поразительно хорошо соответствует всем этим структурам в E. кишечная палочка.
«Мы продемонстрировали, что рРНК содержит остатки мРНК, тРНК и« гены », которые кодируют ее собственную структуру и функцию белка.
Рибосомы — это не просто пассивные трансляторы ДНК », — говорит д-р. Роберт Рут-Бернштейн.
Мы все дома для рибосом
Эгоистичная модель рибосом закрывает большой теоретический разрыв между, с одной стороны, простыми биологическими молекулами, которые могут образовываться на илистых отмелях, океанических термальных источниках или посредством молнии, а с другой стороны, LUCA, или Последний всеобщий общий предок, единым целым. -клеточный организм.
Доктор. Мередит Рут-Бернстайн добавляет: «Возможно, эгоистичная рибосома придает новый импульс чувству родства с другими существами. Мы все просто разные дома для рибосом!"