Ribosom boleh menjadi jambatan antara sel pra dan sel • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Bioinformatik, Evolusi, Biologi Molekul

Ribosom boleh menjadi jambatan antara sel sel dan hayat sel.

Dalam rRNA ribosom, mungkin untuk mengenal pasti asas-asas tRNA untuk semua 20 asid amino, banyak membentuk struktur ciri trefoil; Sangat tidak mungkin ini adalah kemalangan. Rajah. dari physicalsciences.ucsd.edu

Robert dan Meredith Ruth-Bernstein menggunakan teknologi bioinformatika bukan kepada RNA dan molekul DNA biasa, tetapi untuk urutan RNA ribosom. Dianggarkan bahawa molekul-molekul ini tidak bermakna, urutan polynucleotide mereka melakukan struktur, bukan fungsi maklumat. Tetapi teknik-teknik analisis urutan yang canggih memungkinkan untuk membantah bahawa ini tidak berlaku. Urutan rRNA mengandungi asas-asas tRNA dari semua 20 asid amino, jejak pengkodan untuk protein ribosom, serta enzim yang diperlukan untuk sintesis protein dan bekalan tenaga. Berdasarkan ini, saintis mencadangkan bahawa ribosomes atau prekursor mereka boleh menjadi langkah pertengahan antara dunia RNA dan kehidupan sel.

Robert Root-Bernstein dari University of Michigan dan anaknya Meredith Ruth-Bernstein dari Sekolah Geografi dan Alam Sekitar di Oxford University yang diterbitkan dalam jurnal Biologi Teoritis hipotesis yang menarik mengenai kemungkinan antara antara dunia RNA dan dunia sel. Seperti yang mereka anggap, ribosom cukup sesuai untuk peranan ini.

Seperti yang dijangka, dunia RNA adalah dunia utama makromolekul, yang memberi tumpuan kepada sintesis pesat protein dan urutan nukleotida. Ia adalah dunia makromolekul sendiri yang mereplikasi menggunakan rizab tenaga sendiri dalam bentuk fosfat. Ia adalah dunia di mana mineral dari alam sekitar secara langsung mengatalisis tindak balas kimia antara agregat molekul organik. Dengan kedatangan dunia sel, semua tindak balas kimia dilampirkan dalam mikroskop membran sel. Bagaimana peralihan ini berlaku?

Dianggap bahawa antara molekul mereplikasi diri dan sel berfungsi mesti ada sesuatu yang tidak hanya mampu mereplikasi (yang jelas), tetapi juga menyediakan tenaga, sintesis molekul protein, dan pengangkutan bahan. Iaitu, untuk semua fungsi selular, walaupun dalam gaya minimalis. Ini, lebih-lebih lagi, sepatutnya tertakluk kepada pemilihan semulajadi … bagaimanapun, tidak dapat dielakkan untuk mana-mana struktur dengan kemungkinan menyalin dengan kesilapan. Pada dasarnya, kita tahu struktur seperti itu – ini adalah ribosom. Mereka dibina daripada nukleotida dan protein, dan mereka sendiri menyampaikan sintesis yang terakhir.Dengan kata lain, ribosom mengandungi molekul maklumat keturunan, serta menyediakan untuk pengeluaran protein penting. Tetapi masalahnya adalah bahawa dalam buku teks itu ditulis bahawa semua urutan rRNA tidak bermakna dan tidak mengandungi sebarang maklumat. Dan kita memerlukan molekul seperti di mana modul keturunan untuk replikasi diri akan dipelihara – molekul pengangkutan RNA (tRNA), molekul polimerase, sintetik, fosfatase.

Ruth-Bernsteyn memutuskan untuk menguji kebenaran umum – adakah benar-benar tiada maklumat dalam RNA ribosom? Mereka mengambil urutan rRNA E. coli (dan 23S rRNA, dan 16S rRNA, dan 5S rRNA), diterjemahkan ke dalam bentuk pelengkap, dan kemudian membandingkannya dengan urutan molekul utama untuk sintesis protein: tRNA, protein ribosom, ligase, sintetik, fosfatase, polimerase. Dan perkara yang paling mengagumkan adalah persamaan itu segera diturunkan.

Pertama, terdapat kawasan di rRNA, dimana 50-70% (angka untuk dua subunit besar) bertepatan dengan urutan tRNA yang ada E. coli. Ditemui untuk semua 20 asid amino, yang membentuk protein makhluk darat.

Menandakan pada plot rRNA 16S,semua 20 asid amino yang serupa dengan tRNAs (mereka mempunyai jawatan tiga huruf piawai); banyak urutan tRNA bertindih, seperti yang ditunjukkan oleh segi segi empat yang bertindih. Nombor – penomboran nukleotida dalam urutan rRNA. Rajah. dari artikel yang dipersoalkan Biologi Teoritis

Untuk plot seperti tRNA ini, para saintis cuba memodelkan struktur sekunder, iaitu, mereka memeriksa sama ada molekul-molekul ini membentuk struktur daun tiga ciri dengan gelung. Program komputer sedemikian sekarang agak mudah diakses. Seperti yang ternyata, semua urutan ribosom seperti tRNA mungkin membentuk struktur trefoil, tetapi beberapa kali melipat ke dalam molekul linear dengan dua gelung. Penulis karya ini mengingatkan para pembaca bahawa tRNA "linear" tersebut diketahui dan mereka bekerja di mitokondria. Juga, mitokondria tRNA dicirikan oleh urutan bertindih; ini juga ditemui untuk kawasan-kawasan seperti ribosomal tRNA. Walau bagaimanapun, kita tidak akan tergesa-gesa: hipotesis mengenai pemeliharaan ciri molekul primitif dalam mitokondria memerlukan pengesahan selanjutnya.

rantau seperti tRNA untuk asparagine pada rRNA 16S (A), asparagine tRNA E. coli (B). Rajah. dari artikel yang dipersoalkan Biologi Teoritis

Apa lagi yang boleh dijumpai dalam urutan rRNA? Pemindahan dan sintetik yang memangkinkan ikatan kovalen antara asid amino dan tRNA, iaitu, asid amino dimuatkan ke tRNA. Polimerase DNA dan RNA, ligase yang menyusun transkripsi urutan nukleotida, iaitu, mengambil bahagian dalam replikasi. Protein ribosom perlu untuk pembinaan ribosom, dan peptidase yang sepadan. Phosphatase dan enzim lain yang berkaitan dengan pengangkutan kumpulan fosfat, yang diperlukan untuk sintesis nukleotida dan bekalan tenaga tindak balas biokimia. Susunan semua protein ini, secara semula jadi, tidak terkandung dalam "bentuk murni" dalam RNA ribosom. Kehadiran mereka ditegaskan berdasarkan undang-undang statistik.

alanine tRNA dalam E. coli (A) dan rantau seperti tRNA untuk alanine pada rRNA 23S (B): struktur linear dengan dua gelung. Rajah. dari artikel yang dipersoalkan Biologi Teoritis

Sudah jelas bahawa sekarang anda boleh mencari hanya asas-asas urutan ini, jadi mengenal pasti pengiraan kebarangkalian yang diperlukan.Pengiraan telah menunjukkan bahawa kemungkinan kehadiran protein ini adalah 4-5 kali lebih tinggi daripada yang lain. Lebih penting lagi, kebarangkalian kehadiran protein-protein ini pada rRNA 16- dan 23S adalah kira-kira sama. Secara kebetulan ini tidak dapat dijelaskan. Ia juga sukar untuk menjelaskan secara tidak langsung fakta bahawa dalam urutan yang dijumpai, kira-kira satu pertiga daripada persamaan itu jatuh di pusat aktif enzim. Dan jika kita mengecualikan protein dengan fungsi yang tidak diketahui, maka angka ini akan menjadi 55%. Ini bermakna lebih separuh daripada maklumat yang dipelihara dalam rRNA adalah unsur kerja sintesis protein.

Dikenali dalam rRNA (23S, 16S, 5S) urutan kelas berfungsi berbeza protein: protein ribosom (warna merah), sintetik (biru) polimerase (hijau gelap), fosfatase (merah jambu). Warna lain Menunjukkan urutan dengan komposisi campuran yang boleh ditafsirkan dalam dua cara. Takrifan protein ini diberikan untuk 6 bingkai bacaan, tRNAs ditunjukkan dalam dua pembacaan: sebagai produk pemotongan dan penyuntingan ringkas urutan rRNA dan sebagai produk transkripsi; RRNA 6S mencadangkan kemungkinan kedua-dua varian, 23S – terutamanya transkripsi. Rajah. dari artikel yang dipersoalkan Biologi Teoritis

Semua ini menunjukkan bahawa ribosom didahului kehidupan sel. Mereka boleh menjadi struktur precellular yang mampu replikasi diri autonomi. Dan mereka sendiri, pada gilirannya, dibentuk dari sekeping ringkas RNA (lihat misteri asal ribosom yang dibongkar, "Unsur", 27.02.2009).

Hipotesis ini, seperti yang dicatat penulis, boleh diuji. Jadi, jika kawasan seperti tRNA dijumpai dalam rRNA bakteria lain, ini akan menjadi pengesahannya. Sekiranya terdapat kesamaan di rantau tRNA antara bakteria yang berlainan, ini juga akan menjadi bukti yang memihak kepadanya. Jika kajian menunjukkan bahawa urutan enzim yang berkaitan dengan rRNA dikenalpasti untuk E. coli, terdapat dalam mikrob lain dan persamaannya ditemui dalam susunan urutan ini, ini juga akan menguatkan hipotesis. Dan jika anda mensintesis peptida yang dikodkan dalam urutan rRNA, dan mereka membuktikan kecekapan mereka, ini juga akan menambah berat badan kepadanya.

Walau bagaimanapun, penyelidikan ke arah ini dilihat sebagai sangat menjanjikan dan cukup dilaksanakan. Sekiranya hipotesis itu disahkan, maka asas sebenar akan muncul untuk kajian pembentukan kehidupan yang paling kuno, mendahului, peringkat.Jika ia tidak disahkan, maka ribosom akan kekal sebagai satu-satunya struktur polynucleotide yang tidak membawa apa-apa maklumat.

Sumber: Meredith Root-Bernstein, Robert Root-Bernstein. Ribosom sebagai penghubung kepada kehidupan dalam evolusi kehidupan // Jurnal Biologi Teoritis. 21 Februari 2015. V. 367. P. 130-158 (teks penuh artikel juga tersedia – PDF, 9 Mb).

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: