[Bercut_bird]

13.01.2013 в 17:49

Пишет  Тихе:

Потрясающе... вот если подумать, если в этом мире допустить наличие творца, то он начинается и заканчивается исключительно на моменте Большого взрыва. Все остальное происходит без его помощи.

evolbiol.ru/nes06.htm



Одна из проблем до недавнего времени состояла в том, что химикам не удавалось подобрать реалистичные условия, в которых из азотистых оснований, рибозы и фосфорной кислоты сами собой синтезировались бы рибонуклеотиды. И азотистые основания, и рибоза могут формироваться самопроизвольно из простейших ингредиентов в условиях, которые могли существовать на древней Земле или в протопланетном облаке. Но вот объединяться вместе, чтобы образовать рибонуклеотид, они в этих условиях отказываются. Точнее говоря, пуриновые нуклеотиды (аденозин А, гуанозин Г) синтезируются, но с низкой эффективностью, а пиримидиновые (уридин У, цитидин Ц) не синтезируются совсем. Кроме того, очень трудно получить рибозу и «правильные» азотистые основания в достаточно чистом виде. Обычно образуется чудовищная смесь всевозможных сахаров или азотистых соединений, в которой «нужные» вещества составляют лишь незначительный процент. В ходе дальнейших самопроизвольных реакций все эти вещества соединяются друг с другом тысячами разных способов, и обычно всё кончается образованием нерастворимых смол, из которых уже почти невозможно получить что-то путное.

В 2009 г. химик Джон Сазерленд (John Sutherland) и его коллеги из Манчестерского университета (Великобритания) нашли замечательный «обходной путь», позволяющий синтезировать рибонуклеотиды не из готовых крупных блоков — рибозы и азотистых оснований — а из более простых органических молекул.

В основе их открытия лежат три замечательные находки.

Первая состоит в том, что они догадались сразу добавить в реакционную смесь фосфорную кислоту (неорганический фосфат). До сих пор все исходили из естественного допущения, что фосфат нужен только на последней стадии синтеза рибонуклеотида, когда фосфат присоединяется к рибозе, которая до этого уже присоединилась к азотистому основанию. Однако оказалось, что фосфат необходим и на ранних стадиях процесса. Его присутствие снижает выход разнообразных «ненужных» веществ в ходе реакций и повышает выход «нужных».

Вторая находка состоит в том, что исследователи с самого начала поместили в реакционную смесь и вещества, основанные на углероде и кислороде (простейшие углеводы), и азотистые соединения. До сих пор с этими двумя классами веществ работали по отдельности, пытаясь из первых синтезировать сахара, а из вторых — азотистые основания. Смешивать их в одну кучу с самого начала считалось бесперспективным, так как это резко повышает химическую «комбинаторику», то есть разнообразие получаемых продуктов, и без того слишком большое. Но фосфат резко снижает эту комбинаторику, и в результате из исходной смеси эффективно синтезируются в большом количестве ключевые промежуточные продукты, не являющиеся ни сахарами, ни азотистыми основаниями (на рисунке они обозначены числами 11 и 12).

Все вещества исходной смеси вполне могли существовать на ранней Земле. Кроме фосфата, в смесь входят простейшие азотистые соединения — цианоацетилен (7) и цианамид (8) и простейшие углеводы — гликольальдегид (10) и глицеральдегид (9). В присутствии фосфата вещества 8 и 10 с большой эффективностью соединяются и образуют вещество 11 (2-амино-оксазол). Следующая реакция (соединение веществ 11 и 9) обычно ведет к образованию множества побочных продуктов, однако присутствие фосфата снова оказывается спасительным, резко повышая выход «нужного» вещества 12 (арабинозо-амино-оксазолин).

На следующем этапе вещество 12 реагирует с цианоацетиленом (7). В обычном водном растворе эта реакция сопровождается временным повышением pH, в результате чего промежуточные продукты гидролизуются, цианоацетилен начинает реагировать с гидроксильными группами, и в итоге получается смесь «ненужных» продуктов, от которых нельзя проложить путь к рибонуклеотидам. Однако и в этом случае на помощь приходит фосфат: он играет роль буфера, в его присутствии pH не повышается, и «вредный» гидролиз резко замедляется. Более того, избыток цианоацетилена начинает реагировать не с гидроксильными группами «полезных» промежуточных продуктов, а с фосфатом, и в результате выход нужного вещества 13 (арабинозо-ангидронуклеозид) из практически никакого становится очень высоким. Таким образом, в данном случае фосфат выполняет сразу две полезные функции, выступая в роли стабилизатора кислотности и химического буфера.

Теперь до настоящего активированного рибонуклеотида, пригодного для синтеза РНК, остался один шаг. Вещество 13 нужно фосфорилировать, чтобы оно превратилось в активированный рибонуклеотид Ц (бета-рибоцитидин-2’,3’-циклофосфат; на рисунке это вещество обозначено номером 1).

Как выяснилось, для этого реакционную смесь нужно только немного подогреть («настало утро, вода в луже согрелась»), а всё необходимое в ней уже имеется. Роль ключевого катализатора реакции фосфорилирования берет на себя, как ни странно, мочевина (6), которая образуется сама собой из излишков цианамида, изначально присутствовавшего в смеси.

Открытый путь абиогенного синтеза цитидина поражает своим изяществом. Особенно впечатляет использование побочных продуктов, получающихся на предыдущих этапах пути, в качестве необходимых помощников на следующих этапах.

Но это еще не всё. Вместе с «правильным» нуклеотидом Ц в ходе последней реакции получается и ряд других, «неправильных» нуклеозидов и нуклеотидов, которые мешают дальнейшему синтезу «правильных» молекул РНК. Авторы стали искать способ избавиться от этих побочных продуктов. Кроме того, они надеялись получить из цитидина еще и второй пиримидиновый нуклеотид — уридин (У).

То, что они в итоге обнаружили, слегка похоже на чудо. Оказалось, что обе цели достигаются одной простой мерой — ультрафиолетовым облучением, которого, конечно, на древней Земле было вдоволь, поскольку озоновый слой отсутствовал. Под воздействием ультрафиолета все «лишние» нуклеотиды постепенно разрушаются, а цитидин остается, и часть его превращается в уридин. В отличие от всех остальных пиримидиновых нуклеотидов, Ц и У оказались устойчивы к ультрафиолету. Не правда ли, это очень похоже на четкий и простой ответ на вопрос о том, почему из всех возможных пиримидиновых нуклеотидов в состав РНК вошли именно Ц и У?

Две простые и «реалистичные» добавки – фосфат и ультрафиолет – сразу решают кучу проблем, и все получается правильно. + Ультрафиолет нужен и в «цинковом мире».




Авторы нашли принципиально новый подход к абиогенному синтезу нуклеотидов, решили одну из труднейших проблем в теории происхождения жизни и открыли широкий простор для дальнейших исследований.

на этом фоне бухтение некоторых "умников" о том, что "ученым ещё ничего не понятно" и ссылка на "первичный бульон Опарина" кажется не просто жалкой, а очень жалкой

@темы: Статьи, Наука

Comments

[Эльвер]

фосфаты рулят!)
а в тему заключительной идеи - одно только то, что народ задается вопросами абиогенного синтеза нуклеотидов, стоит намного больше любых придирок к обосную.

[Bercut_bird]

Эт верно.

[Andrew Seemann]

Обывателю легче понять миф о космическом еврее, чем абиогенный синтез нуклеотидов и прочий матан

[Bercut_bird]

Верить приходится и в то и в другое, но в дедушку на облаке верить интересней.

[Andrew Seemann]

Это демагогия в стиле упоротых верунчиков: вы просто ВЕРИТЕ В ЭВОЛЮЦИЮ, поэтому такие же верующие. Знание - это рациональная вера, религиозная вера - иррациональная. Не надо ставить в один ряд. Религия - это способ найти ответы на все вопросы, при этом ничего не узнавая.

[Bercut_bird]

Не нуди. Для людей, не особо знакомых с наукой, верой является и то и другое в равной степени.

[Andrew Seemann]

Ну это не отменяет мои слова.

[Эльвер]

Bercut_bird, угу) а отдельно взятые демагоги *раскланялся* могут подвести логическое обоснование вообще под любую теорию, и еще практики накидать до кучи))

[Bercut_bird]

Разумеется. Только это не только демагогия, но еще и факт. Люди незнание подменяют верой, и веру выбирают в самое интересное.

[Derflinger]

Докинз ещё в 70-е годы писал об успешном самопроизвольном образовании репликторов в лабораторных условиях, воспроизводящих древний земной океан.

[Эльвер]

Bercut_bird, что мне за дело до людей? *фыркнул* для себя мне интереснее разобраться, как оно на самом деле устроено!

[Andrew Seemann]

Bercut_bird, просто среднестатистическому человеку надо, чтоб были семки и яга, а на проблемы мироздания как-то однохренно. В мерфологии есть закон, звучащий примерно, как "Лучше приемлемая простая ложь, чем сложная и малопонятная правда". Добавлю от себя, что правда нужна только тем, для кого уровень простоты не отличен от сложного и непонятного.

[Bercut_bird]

Эльвер, угу, обосновать любую муйню - эт у тебя профессиональное .

Derflinger, Уровень развития вопроса в семидесятые и сейчас ну очень сильно различается. Те недозапчасти еще на серьезный довод не тянули, а вот эти - уже почти готовое РНК.

[Derflinger]

Главное - принцип. А доказательства рано или поздно найдутся. И целый организм вырастят с нуля рано или поздно.

[Bercut_bird]

Derflinger, не то, чтобы с нуля, но с полностью искусственным геномом уже есть.

[Derflinger]

Ybabuf ct,t!

[Bercut_bird]

Пока речь о копировании существующего, но..

В 2010 году сотрудникам Института Крейга Вентера удалось искусственно синтезировать циклическую хромосому бактерии Mycoplasma mycoides размером 1 077 947 нуклеотидных пар. Хромосома была имплантирована в клетку бактерии Mycoplasma capricolum, после деления которой образовалась клетка, полностью управляемая искусственным геномом.

Этот искусственный геном ныне известен под кодовым обозначением JCVI-syn1.0. Он практически полностью повторяет геном одного из штаммов бактерии Mycoplasma mycoides, за исключением нескольких искусственно внедрённых генетических маркеров (англ. watermark, водяные знаки), нескольких удалённых в процессе синтеза незначимых генов и 19 мутаций, возникших в процессе сборки фрагментов ДНК. Клетки с искусственным геномом нормально функционируют и способны к многократным делениям.