Рибозимы — катализаторы древнего мира
|
Уникальное свойства ферментов рибозимов — их способность к низкотемпературному катализу — позволяла им обеспечивать сборку новых молекул РНК на самых ранних этапах возникновения жизни.
Когда на Земле жизнь только возникла, еще не существовало ДНК, которая сейчас служит основным носителем наследственной информации. Другая нуклеиновая кислота, РНК, возникла раньше. По-видимому, именно она в то время обеспечивала развитие и размножение первых живых существ. Многие ученые разделяют гипотезу о существовании на заре зарождения жизни «мира РНК». Одна из загадок этого мира состоит в том, как молекулы РНК могли воспроизводиться при низких температурах, которые, как предполагают, могли быть в то время. Это было возможно благодаря ферментам рибозимам. Изучению рибозим и посвящено совместное исследование ученых из новосибирского Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и их коллег из американской компании SomaGenics (Санта-Круз, Калифорния).
Рибозимы — не совсем ферменты: по своей химической природе это не белки, а тоже молекулы РНК, только выполняющие специальные функции. Они служат катализаторами при расщеплении и сшивании других молекул РНК. У рибозимов есть интересная особенность: максимум их активности приходится на низкие температуры. То есть они фактически обеспечивают низкотемпературный катализ.
Свойства рибозимов новосибирские исследователи проверили экспериментально. Они работали с так называемым «шпилечным рибозимом», который содержится в вирусе табачной мозаики. Эта ферментная РНК «собирает» в заданном порядке геномную РНК вируса, нарезая и сшивая участки молекулы РНК, которые синтезируются из нуклеотидов на ее цепи. Ученые синтезировали участок РНК вируса табачной мозаики, очистили от примесей, добавили в получившийся раствор немного рибозима и инкубировали пробы при разной температуре.
Когда они сравнили, что получилось, оказалось, что количество вновь синтезированной РНК находится в обратной зависимости от температуры раствора. При положительной температуре рибозим только расщеплял нуклеотидную цепочку, а сшивал кусочки очень неэффективно, в результате в растворе образовалось не более 4% новых продуктов. А при температуре минус 10 градусов фермент расщеплял РНК и сшивал ее в новом порядке, так что «неиспользованных» деталей практически не оставалось. По мнению ученых, рибозим начинает активно работать из-за дегидратации раствора при его охлаждении. При обычной температуре можно добиться такого же эффекта, введя в реакционную смесь спирты.
Ученые считают, что именно исследуемый ими феномен — низкотемпературный катализ — был двигателем эволюции в ту пору, когда жизнь только возникла. Они ожидают, что такую особенность рибозимов можно будет использовать для низкотемпературного синтеза веществ, подавляющих нежелательные гены, и в химическом анализе, когда промежуточные продукты реакций неустойчивы при нормальной температуре.
Источник информации: Доклады Академии наук, 2005, т. 42, №3.
«Информнаука»
