Дискуссия по пленарному докладу А.С. Спирина «ДРЕВНИЙ МИР РНК»

Дискуссия

по пленарному докладу А.С. Спирина «ДРЕВНИЙ МИР РНК»

Председательствующий А.Ю. Розанов

 

А.Д. Альтштейн: Как Вы решаете проблему хиральности?

А.С.С.: Не решаю. Обратите внимание, я не рассматриваю вопрос абиогенного синтеза мономеров, а хиральность — это проблема того времени. Хиральность относится к мономерам, к полимерам она имеет отношение уже с точки зрения закрученности спирали вправо или влево.

И.Л. Доврецов: Гипотеза «пересыхающих луж» — эти условия могли перемежаться с другими, где все бурлило и кипело.

А.С.С.: Важно, чтобы в каждой «луже» происходили циклы.

Н.Л. Доврецов: Может рассматриваться подземное происхождение жизни или на дне океана (черные курильщики).

А.С.С.: Мне больше всего нравятся промежуточные варианты. В любом случае, поверхность имеет одно колоссальное преимущество — разнос материала. Инновации в одной «луже» быстро становятся достоянием другой «лужи». Молекулы при высыхании еще и в атмосфере переносятся. Но в принципе, возможны некие подземные инкубаторы, с более стабильной температурой, отсутствием смены дня и ночи.

Г.А. Заварзин: У меня экологические замечания. Я боюсь, что Александр Сергеевич не делает различий между лужей и прудом. Пруд образуется за счет латерального переноса влаги, а лужа имеет дождевое происхождение, в результате в луже всегда создаются ультрапресные омбротрофные условия, где соответствующих ионных условий быть не может. Альтернативой для Вас является почвенный раствор, который как раз составляет переменную влажность и высыхание. Слово «почвы» я использую в смысле «soil».

А.С.С.: Дело в том, что для того, чтобы происходил SELEX, ионные условия не столь уж критичны. По отношению к ионным условиям РНК довольно нетребовательна, была бы матрица, это ведь не микроорганизмы. Да, рН должен быть 7, плюс-минус 0.2-0.3. Ионы же. особенно анионы, не так важны, а общая ионная сила может быть от 0.01 до 0.5.

Г.А. Заварзин: Когда Вы говорите, что нужна высокая скорость размножения рибозимов, я в этом не уверен и думаю, что, может быть, выживание важнее скорости размножения.

А.С.С.: Я сказал не о скорости размножения, я сказал о скорости эволюции. А скорость эволюции зависит от количества циклов.

М.Я. Маров: Мое замечание касается известного геохимического и связанного с ним водного парадокса. Расцвет мира РНК происходит сразу после завершения максимальной фазы бомбардировки Земли и других планет земной группы. Уже в протопланетном диске, в горячей зоне формирования этих планет при температуре 800-1000 К, с неизбежностью возникает сильное фракционирование летучих и обеднение летучими, включая вероятный дефицит воды. Соответственно, возникает парадокс происхождения земной атмосферы и гидросферы. В Институте Келдыша нами была развита концепция возможного притока значительного объема летучих за счет миграции ледяных тел типа комет из внешних областей Солнечной системы, прежде всего, из пояса Койпера. Компьютерное моделирование показало, что количество воды, которое может быть приобретено за счет этого механизма, соизмеримо с объемом земной гидросферы, или даже немного превышает его. Практически те же оценки получаются для Венеры и Марса. Поэтому мне очень симпатично Ваше предположение о том, что должен быть какой-то внешний источник, который мог компенсировать дефицит летучих. Получается вполне естественное объяснение — существовал некий привнесенный извне водный резервуар, который был составляющим элементом гетерогенной аккреции Земли на завершающей стадии аккумуляции и, возможно, ее предбиологической эволюции.

СВ. Рожнов: Все-таки, мир РНК был миром живых существ или миром, обогащенным особым типом химических соединений?

А.С.С.: А Вы можете дать мне определение жизни?

А.Ю. Розанов (председательствующий): Нет, этим сейчас не нужно заниматься…

А.С.С: Но задан вопрос, ответ на который зависит от этого определения,

СВ. Рожнов: Можно подойти с другой точки зрения. Когда появилась эукариотная биосфера, она не заместила собой прокариотную, а наложилась на нее. А прокариотная биосфера еще раньше наложилась на мир РНК?

A. С.С.: Наложилась полностью. Мир РНК живет в нас, он стал внутриклеточным. Подавляющая часть разновидностей РНК — некодирующие, с неизвестными нам функциями. Теперь мир РНК действительно в тепличной обстановке существует в каждой нашей клетке.

B. PI. Снытников: Вы сказали, что для того, чтобы провести синтезы, не нужно много времени, все это проходит в течение суток. И все-таки Вы затребовали 100 миллионов лет на эти синтезы. Как соотносятся скорость этих реакций и эти 100 миллионов лет?

А.С.С.: Для того, чтобы перейти от колонии РНК к клетке, нужно очень много чего еще сделать, проэволюционировать. РНК копируется быстро — из одной молекулы за один час создается 1012 копий. Но нужно сформировать структуры, мембрану — нужна клетка. Четыре миллиарда лет назад мы встречаем уже бактериальные клетки.

А.Ю. Розанов: А какая разница — 100 лет или 100 миллионов лет?

А.С.С: 100 лет недостаточно.

Н.Л. Доврецов: Чтобы создать мембрану, нужны миллионы лет.

А.Ю. Розанов: Но какой-нибудь критерий измерения времени можно предложить?

Н.Л. Доврецов: Можно только сказать, что многократно больше, чем первичный синтез и отбор.

А.Б. Макалкин: Увеличение амплитуды колебаний температуры замедлит процесс синтеза? Почему интервал от 20 до 40 °С, а не от 0 до 50?

А.С.С: При 50 °С сильно (на порядок) увеличивается скорость деградации полирибонуклеотидов. При низких температурах реакции сильно замедлятся. При 20 °С замораживается плавление спиралей РНК.

Л.В. Ксанфомалити: Следует ли думать что-нибудь о другой, неуглеродной форме жизни?

А.С.С: Раньше этот вопрос много обсуждался, в основном по поводу кремния. Но пока мы ничего об этом не знаем, как можно это обсуждать. Есть факт — углеродная жизнь. Если найдется другая форма, будем спекулировать.

АД. Альтштейн: С моей точки зрения, мир РНК никогда не существовал, это идея, ведущая в тупик. Самый главный момент в происхождении жизни — это не образование различных олигонуклеотидов и полинуклеотидов, самое главное, чтобы образовался ген — кодирующий, самовоспроизводящийся и способный эволюционировать. Такой ген — это один полинуклеотид с одной полимеразой, которая должна быть процессивной. Сейчас показано экспериментами по РНКзимам, что действительно возникают полимеразы, но все они дистрибутивные, это значит, что для того, чтобы они осуществили синтезы, их должно быть сразу много, а это утопия. Одна молекула процессивной полимеразы, если она возникла с кодирующей се матрицей, будет эту матрицу размножать, и такая система — один ген, одна полимераза — это и будет первое живое существо, способное к самовоспроизведению и эволюции. Так вот, по тем моделям, которые предлагает гипотеза мира РНК, возникновение такой системы невозможно. Короткие (до ста нуклеотидов) молекулы РНК не могут быть процессивными полимеразами. Нет ни одного примера процессивной полимеразы на основе чистой РНК. Рибосома, которая является фактически процессивной полимеразой (она полимеризует аминокислоты), состоит из РНК и белков. Не исключено, что большие молекулы РНК (сотни нуклеотидов) могут свернуться так, что будут двигаться по матрице, синтезируя комплементарную нить. Но это значит, что сразу должен образоваться длинный ген и длинная полимераза. А здесь вступает в действие другой запрет — хиральность. До ста нуклеотидов еще можно как-то проскочить, какие-то редкие молекулы могут образоваться, можно найти какой-нибудь механизм. Но при образовании молекул из сотен или тысяч нуклеотидов невозможно преодолеть правило хиральности (стереохимическую ингибицию синтеза полинуклеотида). Таким образом, этот первый организм, состоящий из гена и полимеразы, не мог возникнуть на основе модели мира РНК. Мы имеем здесь ситуацию, похожую на ту, которая была с теорией Опарина. Она была очень важной, на ее основе возник очень большой экспериментальный материал, она принесла много знаний, но она не могла в принципе объяснить происхождение жизни, так как не учитывала гены. Гипотеза мира РНК также дала очень много, особенно в изучении рибозимов, она учитывает необходимость объяснить возникновение генов, но не может объяснить происхождение первого гена, а значит — первого живого организма. Сообщество полинуклеотидов, необходимое для возникновения первого живого организма по гипотезе мира РНК — это совершенно неправдоподобная идея. Без процессивных полимераз оно возникнуть не могло. Следует также отметить, что гипотеза мира РНК не дает правдоподобного объяснения переходу от РНКовых организмов к ДНК-РНК-белковым клеткам. Не объясняется возникновение генетического кода и трансляции даже на уровне правдоподобной гипотезы. Поэтому гипотеза мира РНК не может приблизить нас к пониманию механизма происхождения жизни. Я думаю, что рибозимы возникли на ранних этапах эволюции, но уже после возникновения протоклеток. Первичными же ферментами были белки, а первые организмы имели нуклео-протеидную природу.

А.С. Спирин: Думаю, что Вы не совсем правы, так как до сих пор все, кто работает с рибозимами, пытались получить лишь каталитическую активность. Однако, когда мы имеем дело с рибосомой или с полимеразой, надо по-другому ставить эксперименты. Надо, чтобы полимераза была полимеразой, то есть обладала не только каталитической активностью, но и активностью конвейерной молекулярной машины, как, впрочем, и в случае с рибосомой. Действительно ли нужны длинные молекулы — не знаю, никто этого не проверял. Для рибозимов минимальные размеры находятся в пределах ста нуклеотидов. Сейчас исследователи приходят к тому, что рибосома — это машина конвейерного типа, и именно поэтому она должна быть по крайней мере двух- трехкомпонентной. При этом вся структура и все функции рибосомы основываются на ее молекулах высокополимерной РНК, а рибосомные белки играют лишь сугубо подсобную роль. Думаю, что если начать ставить направленные эксперименты по созданию или поиску молекулярных машин на основе РНК, то надо делать двух- или трехкомпонентные рибозимы, а какой там минимальный размер, я не знаю, но не думаю, что РНК-машина должна обязательно состоять из длинных полимеров. Стонуклеотидный полинуклеотид уже способен складываться в третичную структуру, образовывать аптамеры, проявлять каталитическую активность. Почему же машинной функции у него не может быть? Молекулярная машина — это довольно простая вещь, главное, чтобы она могла существовать в двух альтернативных конформационных состояниях. Одно конформационное состояние требует лиганда, скажем, это закрытое, сомкнутое состояние; когда лиганд разрушается или изменяется химически, возникает второе — открытое, разомкнутое состояние. Что такое потребление ГТФ или АТФ в молекулярных машинах? Это связывание лиганда, но так как он ГТФ или АТФ, он легко распадается с выделением большого количества свободной энергии, возникает новое состояние. И вот идет такая конформационная пульсация, обеспечивающая конвейерную работу макромолекулы. Кстати, существуют такие минимальные машины в виде трехдоменпых молекул белка (например, фактор элонгации Ти). То же самое может быть достигнуто в случае РНК. Я не думаю, что это должна быть длинная молекула. Надо попробовать сделать машину, а объединение молекулярной машины с каталитической активностью — это и сеть уже подобие процессивной полимеразы или рибосомы. Давайте делать. Пока не было попыток сделать — это не значит, что сделать невозможно. Можно нарисовать гипотетическую схему, как перейти от мира РНК к синтезу белков. Я делал доклад в Московском университете — «Происхождение рибосом»… Там я основывался на идее о самосборке относительно коротких РНК, с тем чтобы создать из молекул конвейерную (процессивную) молекулярную машину, одновременно обладающую и каталитической активностью. Разные блоки как субъединицы — тоже вероятный путь усложнения структуры на пути возникновения жизни, это еще один способ компартментализации и агрегации, которая дает новое, эволюционно выигрышное качество.

АД. Алыпштейп: Но как быть с хиральностью?

А.С. Спирин: Хиральность создается мономерами. Их синтез происходит на более ранней стадии.

А.Д. Алыпштейп: Но если у вас несколько сотен нуклеотидов, как они получились одной хиральности из рацемической смеси, это невозможно!

А.С. Спирин: Они уже в растворе были одной хиральности. Абиогенный синтез уже произошел. Есть данные, что на некоторых глинах 80 процентов нуклеотидов образуются одной хиральности, то ли левых, то ли правых. Это меня устраивает. Проблема хиральности решается до появления мира РНК. Я очень благодарен Альтштейну, потому что он обострил идею молекулярной машины, до сих пор все говорили только о каталитических активностях. Да, для того чтобы перейти в настоящее живое существо, в мир РНК, необходимо еще создать молекулярную машину. А о них почти не говорили.


Самой мощной на сегодняшний день приставкой является детище компании Sony, получившие название PlayStation 3. Она способна выдавать невероятную по детализации картинку, что, наряду с огромным количеством эксклюзивных игр, делает ее еще и самой популярной в мире.

Если Вы примкнуть к огромной армии хардкорных геймеров, отдающих свое предпочтение PS3, то советую Вам не тратить понапрасну свое время, забивая в поисковую строку Гугла запрос “sony playstation 3 купить”, который лишь приведет Вас на незаслуживающие доверия сайты, а сразу же перейти по адресу playstation3.oneplay.ru, где Вы сможете быстро и без переплат приобрести эту игровую приставку.


Найти на unnatural: Дискуссия по пленарному докладу Спирина «ДРЕВНИЙ МИР РНК»
Автор: admin | 25 Ноябрь 2011 | 366 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100