Почему ДНК стала основой жизни

Почему именно ДНК лежит в основе всех белковых организмов? Ведь в добелковую эпоху основой жизни была ее "родственница" — РНК… Этот вопрос занимал ученых уже давно, и, похоже, они все же нашли ответ на него. Результаты последнего исследования американских биологов были опубликованы в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

"Мир РНК"

Нуклеиновые кислоты открыл в 1868 году швейцарский ученый Иоганн Фридрих Мишер. Термин "нуклеин" был употреблен, поскольку эти вещества первоначально обнаружились в ядре клетки (ядро по-латыни nucleus). Но позднее оказалось, что клетки бактерий, не имеющие ядра, содержат те же кислоты.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — это одна из трех основных макромолекул, наряду с ДНК и белками, содержащихся в клетках живых организмов. К образованию клеточных РНК приводит процесс, называемый транскрипцией, — синтез РНК на матрице ДНК, осуществляемый посредством специальных ферментов, РНК-полимеразы. Матричные РНК (мРНК), в свою очередь, участвуют в процессе трансляции - синтезе белка на матрице мРНК с помощью рибосом. Остальные разновидности РНК после транскрипции модифицируются и выполняют различные функции, зависящие от их типа, скажем, доставки аминокислот к месту синтеза белка.

Молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов (таких, как теломераза), но отдельные виды обладают собственной активностью. Так, они могут вносить разрывы в другие молекулы РНК или, напротив, "склеивать" между собой два РНК-фрагмента.

Из РНК состоят геномы некоторых вирусов. Поскольку эти молекулы способны одновременно выполнять функции и носителя информации, и катализатора химических реакций, была выдвинута гипотеза, согласно которой они стали первыми на Земле сложными полимерами.

Так называемая "гипотеза РНК-мира" гласит, что в начале эволюции РНК стала катализатором для синтеза других аналогичных молекул, а затем и ДНК. Но постепенно в большинстве структур РНК заменил белок.

Пары Хугстина

Хойцин Чжоу из Университета Дьюка в Дареме (США) и ее коллеги занимались изучением формирования так называемых "хугстиновских пар". Последние представляют собой альтернативный метод связывания нуклеотидов друг с другом. Такой способ связывания характерен лишь для одного процента элементов в двойной спирали ДНК.

Двойная спираль ДНК может существовать благодаря тому, что две ее "половинки" притягиваются друг к другу посредством водородных связей. Последние, в свою очередь, возникают как притяжение между частично положительно и отрицательно заряженными атомами, к примеру, атомами кислорода и водорода или кислорода и азота. Так, строение молекул воды — яркий пример водородных связей…

В молекуле ДНК такие связи существуют между двумя ее главными фрагментами — азотистыми основаниями. В условных "буквах" А и Т присутствуют две такие связи, в Ц и Г -три.

Сначала считалось, что это единственный существующий способ связей между молекулами, но американский биолог Карст Хугстин обнаружил альтернативную конфигурацию, при которой молекулы азотистого основания буквально "переворачиваются" и в связь вступают совсем другие атомы…

Если на структуре пар "А-Т" от этого практически ничего не меняется, то пары "Ц-Г" в результате таких "пертурбаций" теряют одну из своих трех связей. Они становятся нестабильными, спиральная структура ДНК искажается, и могут формироваться различные "нестандартные" структуры.

Тест на устойчивость

Группа Чжоу выяснила, что хугстиновские пары, которые то появляются, то исчезают в двойной спирали ДНК, способны защищать последнюю от повреждений, позволяя молекулам генетического кода сохранять гибкость даже при разрывах. Ученые решили проверить, обладают ли таким же свойством РНК. Но оказалось, что возникновение в РНК пар Хугстина довольно быстро приводило к тому, что молекулы дестабилизировались и двойная спираль разрушалась.

"ДНК может принимать особую форму, образуя так называемые пары Хугстина, которые помогают молекуле сопротивляться повреждениям и оставаться целой, — рассказала Хойцин Чжоу. — С другой стороны, появление подобных структурных модификаций в молекуле РНК приводит к разрушению ее двойной спирали".

По мнению экспертов, двойная спираль РНК "закручена" куда сильнее, чем у ДНК. Это препятствует "переворачиванию" нуклеотидов в процессе формирования хугстиновских пар и приводит к тому, что молекулы "ломаются". Именно поэтому молекулы РНК более подвержены повреждениям. Нет ничего удивительного в том, что эволюция со временем заменила их на гораздо более устойчивые ДНК…

Не забывайте присоединяться к Pravda.Ru во ВКонтакте, Telegram, Одноклассниках, Google+, Facebook, Twitter. Установи "Правду.Ру" на главную страницу "Яндекса". Мы рады новым друзьям!


Ученые США "почувствуют себя Богом"

Комитет Генассамблеи ООН по социальным, гуманитарным и культурным вопросам принял проект резолюции Украины о ситуации в области прав человека в Крыму. 

ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
Комментарии
"Одесса превратилась в ничто" — сорванный концерт Райкина обсуждают в Сети
Хиллари Клинтон определила главную угрозу нацбезопасности США
Разведка США начала расследование по Путину
Немцы-энтузиасты ищут "Янтарную комнату" в центре Европы
Как воевать с "Черными дроздами"
За билетами на "Нуриева" в кассы Большого театра выстроилась очередь
Главу МИД ФРГ разозлил конфликт между Россией и США из-за СМИ
ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
Разведка США начала расследование по Путину
ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
Главную угрозу США определила главную угрозу нацбезопасности США
В Испании не видят повода для проблем с Москвой после нападок на Россию
Колебания валютных курсов экономике компенсирует золотой запас России
Молдавия: почему премьер Филип идет на сближение с Тирасполем?
Смартфон станет для россиян полноценной заменой паспорта
В Британии потерпело крушение самое большое в мире воздушное судно
Тайна "Прометея": куда направлен ЗРК С-500
"Одесса превратилась в ничто" — сорванный концерт Райкина обсуждают в Сети
"Одесса превратилась в ничто" — сорванный концерт Райкина обсуждают в Сети
В исчезновении аргентинской субмарины нащупали британский след