Как пара рук, появляющихся как зеркальные отображения друг друга, биомолекулы, такие как ДНК и РНК, прибывают в левозакрученные и предназначенные для правой руки формы. Обычно, ферменты, признающие одну форму зеркального отображения, не коснутся другого.
Но исследователи изолировали ферменты РНК, известные как ribozymes, которые синтезируют РНК противоположной рукости. Столь тайный, как это может звучать, подобные делающие зеркальное отображение РНК, возможно, играли роль в раннем развитии жизни.
Исследователи считают РНК вероятной центральной фигурой в происхождении жизни. Поэтому, как ДНК, молекула может хранить генетическую информацию, и как протеины это может действовать как химический катализатор, обычно ускоряющий медленные реакции. Много исследователей полагают, что жизнь, вероятно, получила свое начало в “мире РНК” где РНК, развитые для репликации других молекул РНК. В этом сценарии более специализированная ДНК и протеины возникли позже.
Как ДНК, РНК составлена из четырех основ нуклеотида, в этом случае нуклеотиды сократили A, U, C, и G. Когда ribozymes копируют РНК, они начинают с единственного берега РНК, которую они используют в качестве шаблона для формирования берега, содержащего дополнительные основы. C дополнителен к G, и A дополнителен к U. Таким образом, если материнская нить с письмами, ACCGU были помещены в пробирку с отдельными нуклеотидами, плавающими вокруг, дополнительные основы U, G, G, C, и A, захватит на их партнеров на материнской нити. Тогда для этих дополнительных основ для формирования неповрежденного дополнительного берега РНК ribozyme должен был бы химически сварить прилегающие нуклеотиды вместе, очень поскольку товарные вагоны рядом с друг другом должны быть соединены для формирования поезда.Различие между нуклеотидами РНК и товарными вагонами, однако, то, что отдельные нуклеотиды могут прибыть или в право – или в левозакрученные формы, известные как D-и L-нуклеотиды, соответственно.
Всеми естественными РНК сегодня являются D-РНК, но исследователи могут создать L-РНК в лаборатории. Обычно, ribozyme, содержащий D-нуклеотиды, не коснется L-нуклеотидов, и ribozymes, содержащий L-нуклеотиды, не коснется D-нуклеотидов.
Но если нуклеотид с противоположными руками в потенциальной комплементарной нити крутит просто право, он может одурачить ribozyme и объединяться в растущий берег — с решительными последствиями. Тридцать лет назад, исследователи включая Джеральда Джойса, тогда аспирант в Институте Salk Биологических исследований в Сан-Диего, Калифорния, показал, что, если нуклеотид с противоположной рукостью был включен в рост D-или комплементарная нить L-РНК, это закрыло весь дальнейший рост. “Это действовало как яд”, говорит Джойс, который является теперь в Научно-исследовательском институте Scripps в Сан-Диего.
Это открытие подняло загадку для исследователей происхождения жизни, с которыми они боролись с тех пор. Прежде чем жизнь получила свое начало, D-и L-нуклеотиды будут, вероятно, одинаково изобиловать исконным супом. Если так, как ферментам РНК когда-либо удавалось бы получить процесс копирования РНК, обходящийся без помощи его отравляемый?
Теперь, Джойс и его postdoc Ионафан Сцзепанский нашли возможное решение. Онлайн на этой неделе по своей природе, они показывают, что при помощи метода назвал развитие пробирки, которое они смогли генерировать ribozymes способный к собирающимся берегам РНК противоположной рукости в присутствии смеси нуклеотидов D-и L-РНК. К тому же, когда они начали с D-РНК ribozyme, они нашли, что она предпочла работать над шаблоном L-РНК для синтезирования комплементарной нити L-РНК. Аналогично, они подготовили L-РНК ribozymes, который синтезировал комплементарные нити D-РНК от шаблонов D-РНК.
И и D-и L-РНК ribozymes смогли сделать копии зеркального отображения из себя.ribozymes работают эта уловка нетрадиционным способом, объясняет Джойс. Вместо того, чтобы признать, где дополнительная РНК базируется (говорят A и U) достигают через материнскую и комплементарную нить для признания друг друга, ферменты признают полную форму собирающихся основ РНК на комплементарной нити и соединяют любой ветер частей друг рядом с другом.
“Это – очень захватывающая трансгрессия к катализируемой РНК репликации РНК”, говорит Джек Сзостэк, исследователь происхождения жизни в Гарвардском университете, не связанный с работой. Однако Сзостэк говорит, это все еще уклоняется от предмета спора того, куда такая D-РНК и L-РНК ribozymes прибыли бы из во-первых.
Ответ может быть навсегда потерян истории, говорит Джойс. Но новая работа действительно предполагает, что, если они, поперечный копируя ribozymes возникли вначале, они, возможно, скопировали обе версии зеркала РНК для продвижения развития более сложных РНК.
Если один из тех позже, более сложные РНК — скажем D-РНК — оказались более способными, он, возможно, поощрил копирование своего собственного вида и продвинул сделанное без посторонней помощи в нуклеотидах, которые мы видим сегодня.