gh БИОХИМИЯ ЮНОГО МИРА

На заре зарождения жизни ДНК, универсального носителя наследственной информации, еще не было. Как же существовали и размножались первые организмы? Ученые предполагают, что функции ДНК в то время выполняла РНК, которая сейчас служит самостоятельным носителем наследственной информации только у вирусов, а у всех остальных организмов выполняет вспомогательные функции. Есть и еще одна загадка - как живые организмы существовали и размножались при низких температурах, которые, как предполагают, могли быть в то время? Это было возможно благодаря ферментам рибозимам. Эти ферменты и составили предмет исследования ученых из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в Новосибирске совместно с коллегами из США.

Рибозимы - это сами по себе молекулы РНК, которые служат катализаторами при расщеплении и сшивании других молекул РНК. Таким образом, в ту далекую эпоху РНК служили одновременно и носителем наследственной информации, и ферментами для манипуляций с аналогичными молекулами. В результате обитатели "мира РНК" усложнялись и эволюционировали. Интересная особенность рибозимов состоит в том, что максимум их активности приходится на низкие температуры.

Ученые исследовали так называемый "шпилечный рибозим", 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. Для эксперимента они химически синтезировали участок РНК вируса табачной мозаики, очистили от примесей, добавили в получившийся раствор немного рибозима и инкубировали пробы при разной температуре.

Оказалось, что в тепле рибозим только расщеплял нуклеотидную цепочку, а сшивал кусочки очень неэффективно, в результате в растворе образовалось не более 4% новых продуктов. А при минус 10 градусах фермент расщеплял РНК и сшивал ее в новом порядке, так что "неиспользованных" деталей практически не оставалось. Что заставляет рибозим заняться сборкой новой РНК? По мнению ученых, это - дегидратация, то есть снижение содержания воды в растворе, что происходит при замерзании. 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.

***