Что было предком ДНК?

16.01.2012
Учёные выдвигают на роль общего предка нуклеиновых кислот ТНК — тетрозонуклеиновую кислоту, которая проще по строению, чем ДНК и РНК, и при этом обладает способностью приобретать сложную структуру и может хранить и воспроизводить информацию.

Жизнь на Земле держится на двух нуклеиновых кислотах — ДНК и РНК. Почти все организмы используют ДНК для хранения генетической информации; её молекула как нельзя лучше подходит для хранения и копирования данных из поколения в поколение. А разнообразные виды РНК служат для реализации этой генетической информации, для воплощения её в белковых молекулах. Но всегда ли дела обстояли именно так?

Учёные давно пытаются понять, как происходило становление этой сложной системы запоминания, повторения и реализации генетической информации. Сложность молекулы ДНК заставляет усомниться в том, что она существовала «с начала времён». Чтобы сделать копию ДНК, требуется довольно хитроумная ферментативная машина. Поэтому некоторые учёные предположили, что право первородства принадлежит РНК: она может обладать собственной каталитической активностью и, следовательно, способна как хранить, так и копировать наследственную информацию без чужой помощи.

Исследователи из Аризонского университета (США) предлагают другого кандидата на роль общего предка ДНК и РНК, из которого потом по вполне дарвиновским законам получились оба этих вида нуклеиновых кислот. Этот гипотетический прародитель называется ТНК, или тетрозонуклеиновая кислота. Сахарофосфатный остов, отличительная черта нуклеиновых кислот, построен у ТНК из сахара тетрозы, составленной из четырёхуглеродного кольца. Тетроза намного проще, чем пятиуглеродные кольца ДНК и РНК; в праисторическом мире такая молекула могла бы появиться гораздо быстрее — из двух идентичных двухуглеродных кусков.

Подобная простота, казалось бы, делает невозможной переход от ТНК к ДНК и РНК. Ведь информация в ТНК должна бы была как-то передаваться в более развитые и совершенные молекулы ДНК и РНК. Но на этот раз учёным удалось показать, что фрагмент ТНК может соединиться с ДНК и РНК за счёт тех же самых взаимодействий между азотистыми основаниями, соединяющими нити ДНК и РНК между собой и друг с другом. Иными словами, ТНК могла быть общим «предком» современных нуклеиновых кислот и даже информационным посредником между ними, поскольку могла делиться информацией как с ДНК, так и с РНК.

Репликация, мутационный процесс и отбор могли происходить ещё до появления живых организмов. По словам учёных, им удалось показать, что копирование информации могло осуществляться между ДНК и ТНК. Происходило копирование всевозможных последовательностей, из которых потом отбирались те, что обладали ярко выраженной «индивидуальностью». Исследователи продемонстрировали, что из ТНК могла получиться структура, специфично связывающаяся с белком тромбином: цепочка ТНК образовывалась на цепочке ДНК, но после ухода ДНК она не теряла особенностей своего строения и продолжала специфично удерживать белок. Фрагмент ТНК имел в длину 70 нуклеотидов, чего вполне достаточно, чтобы создать уникальные «посадочные места» для белков-ферментов.

Результаты экспериментов будут опубликованы в журнале Nature Chemistry.

Разумеется, пример с тромбином — это всего лишь пример; речь в данном случае идёт о том, что среди множества случайных неспецифических последовательностей могли отбираться какие-то более специфические, уникальные, и происходить всё это могло с куда более простыми молекулами, чем ДНК и РНК. Разумеется, вряд ли тут можно говорить о строгих доказательствах того, что именно так «всё и было». Однако нельзя не признать, что ТНК выглядит прекрасным кандидатом на роль предшественника ДНК и РНК. Простая ТНК могла быть занята отработкой процессов хранения и передачи информации, пока доисторический химический суп учился синтезировать пятиуглеродные сахара для более совершенных ДНК и РНК.

Кирилл Стасевич

Источник: science.compulenta.ru


Новости и события
Офисная бумага с антибактериальными свойствами
09.11.2020

В условиях коронавируса офисная бумага с антибактериальным покрытием становится способом передачи бактерий.

Россия вкладывается в искусственный интеллект
09.11.2020

Россия за три года потратит почти 16,5 млрд рублей на федеральный проект «Искусственный интеллект»

Повышение внутриклеточного уровня холестерина снижает вероятность заражения коронавирусом
28.10.2020

Выявлены гены человека, которые способствуют инфицированию SARS-CoV-2. Это указывает на потенциальные новые мишени для лечения COVID-19. В частности, лекарство, повышающее внутриклеточный уровень холестерина, снижает вероятность инфекции.