Chemikai: gyvybė Žemėje – ne šiaip laimingas atsitiktinumas (1)
Mokslininkai iki šiol nepajėgūs atsakyti į fundamentalų klausimą – kaip iš negyvų cheminių elementų Žemėje atsirado gyvybė. Nors dabartiniams mokslininkams labai sunku užtikrintai pasakyti, kokių elementų iki gyvybės atsiradimo Žemėje buvo, o kokių ne, galime bent jau tirti šiandien turimas biomolekules, kurios mums gali papasakoti, kas įvyko prieš tris milijardus metų.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Dabar mokslininkai, pasinaudoję tokiu biomolekulių rinkiniu, parodė vieną iš būdų, kuriuo galėjo užgimti gyvybė. Jie nustatė, kad molekuliniai mechanizmai, veikiantys dabar egzistuojančiose gyvose ląstelėse, patys savaime iš esmės nėra veiksmingi. Tačiau kai jie buvo derinami su riebaliniais junginiais, sudarančiais primityvią ląstelės membranos versiją, minėtosios biomolekulės pakankamai suartėjo, kad tarp jų pradėtų vykti pakankamai specifinės reakcijos.
Tokia savaiminės organizacijos forma yra išskirtinis reiškinys, o išsiaiškinus, kaip jis vyksta, mokslininkai tikriausiai galės suprasti, kaip atsirado gyvybė Žemėje ir galbūt kitose planetose.
1987 metais Nobelio chemijos prizas buvo skirtas chemikams, parodžiusiems, kaip sudėtingos molekulės gali atlikti labai tikslias funkcijas. Viena iš tokioms molekulėms būdingų savybių yra savaiminė organizacija, kai skirtingi cheminiai junginiai suartėja dėl cheminių sąveikų ir tampa molekuliniais mechanizmais, galinčiais atlikti dar sudėtingesnes užduotis. Tokių molekulinių mechanizmų esama kiekvienoje gyvoje ląstelėje.
Roma Tre universiteto (Italija) mokslininkas Pasquale Stano su kolegomis, pasinaudoję šiomis žiniomis, nusprendė patikrinti, ar jos gali padėti įminti gyvybės kilmės mįslę. Kad būtų paprasčiau, jie nusprendė sukurti molekulinį mechanizmą, gaminantį baltymus. Jį sudaro 83 skirtingos molekulės, taip pat DNR grandinė, kurioje buvo užkoduotas žaliai švytintis baltymas GFP, kurio susidarymą galima pastebėti naudojant mikroskopijos metodus.
Molekulinis mechanizmas baltymą gali pagaminti tik tuo atveju, jeigu jį sudarančios molekulės yra pakankamai arti viena kitos, kad galėtų reaguoti tarpusavy. Kai tokio mechanizmo terpė praskiedžiama vandeniu, reakcija sustoja. Tai yra viena iš priežasčių, dėl ko gyvų ląstelių viduje biomolekulių požiūriu yra labai ankšta: tokia jų koncentracija suteikia galimybę nepertraukiamai veikti gyvybės cheminėms grandinėms.
Norėdami atkurti tokią molekulių grūstį, P. Stano su kolegomis į praskiestą tirpalą su baltymų sintezei reikalingomis molekulėmis pridėjo cheminio junginio, kurio sutrumpintas pavadinimas yra POPC. Šio junginio riebios molekulės su vandeniu nesimaišo, o patekusios į vandenį jos savaime suformuoja liposomas (riebalines pūsleles). Jų paviršiaus struktūra yra labai panaši į gyvų ląstelių membranas, todėl jos neretai yra naudojamos tyrinėjant ląstelių evoliuciją.
P. Stano žurnale „Angewandte Chemie“ publikuotame straipsnyje tikina, kad daugelyje tokių liposomų buvo „įkalintas“ nepilnas baltymų surinkimo molekulių rinkinys. Stebėtina tai, kad penkiose liposomose iš tūkstančio pasitaikydavo ir pilnas molekulių rinkinys, reikalingas baltymui pagaminti. Ir jos gamino didelius kiekius GFP baltymo bei, stebint pro mikroskopą, švytėjo žaliai.
Kompiuteriniai skaičiavimai parodė, kad, laikantis tikimybių teorijos, visos baltymų gamybos molekulės negalėjo atsirasti liposomoje su 5 iš 1000 tikimybe. Tiesą sakant, mokslininkų teoriniai skaičiavimai rodo, kad tokia tikimybė yra praktiškai nulinė. O faktas, kad tokių liposomų visgi buvo, kad GFP baltymas švytėjo, rodo, jog įvyko kažkas sunkiai paaiškinamo.
P. Stano su kolegomis iki šiol negali pilnai paaiškinti kas nutiko. Galbūt tai yra atsitiktinis procesas, kuriam paaiškinti reikalingas geresnis statistinis modelis. O gali būti, kad šios konkrečios molekulės yra linkusios į savaiminę organizaciją, nes jau yra ilgos evoliucijos produktas. Mokslininkams bus labai svarbu patikrinti, ar panaši savybė – sudaryti molekulinius mechanizmus dažniau nei žada statistiniai modeliai – būdinga ir panašioms, tačiau ne tokioms sudėtingoms molekulėms.
Nepaisant apribojimų ir likusių neaiškumų, P. Stano tyrimas pirmą kartą parodė, jog molekulių savaiminis susirinkimas į paprastas ląsteles gali būti neišvengiamas fizikinis procesas. Išsiaiškinus, kaip tiksliai šis procesas vyksta, būtų žengtas milžiniškas žingsnis siekiant suvokti, kaip atsirado gyvybė, rašo phys.org.
Tokia savaiminės organizacijos forma yra išskirtinis reiškinys, o išsiaiškinus, kaip jis vyksta, mokslininkai tikriausiai galės suprasti, kaip atsirado gyvybė Žemėje ir galbūt kitose planetose.
1987 metais Nobelio chemijos prizas buvo skirtas chemikams, parodžiusiems, kaip sudėtingos molekulės gali atlikti labai tikslias funkcijas. Viena iš tokioms molekulėms būdingų savybių yra savaiminė organizacija, kai skirtingi cheminiai junginiai suartėja dėl cheminių sąveikų ir tampa molekuliniais mechanizmais, galinčiais atlikti dar sudėtingesnes užduotis. Tokių molekulinių mechanizmų esama kiekvienoje gyvoje ląstelėje.
Roma Tre universiteto (Italija) mokslininkas Pasquale Stano su kolegomis, pasinaudoję šiomis žiniomis, nusprendė patikrinti, ar jos gali padėti įminti gyvybės kilmės mįslę. Kad būtų paprasčiau, jie nusprendė sukurti molekulinį mechanizmą, gaminantį baltymus. Jį sudaro 83 skirtingos molekulės, taip pat DNR grandinė, kurioje buvo užkoduotas žaliai švytintis baltymas GFP, kurio susidarymą galima pastebėti naudojant mikroskopijos metodus.
Molekulinis mechanizmas baltymą gali pagaminti tik tuo atveju, jeigu jį sudarančios molekulės yra pakankamai arti viena kitos, kad galėtų reaguoti tarpusavy. Kai tokio mechanizmo terpė praskiedžiama vandeniu, reakcija sustoja. Tai yra viena iš priežasčių, dėl ko gyvų ląstelių viduje biomolekulių požiūriu yra labai ankšta: tokia jų koncentracija suteikia galimybę nepertraukiamai veikti gyvybės cheminėms grandinėms.
Norėdami atkurti tokią molekulių grūstį, P. Stano su kolegomis į praskiestą tirpalą su baltymų sintezei reikalingomis molekulėmis pridėjo cheminio junginio, kurio sutrumpintas pavadinimas yra POPC. Šio junginio riebios molekulės su vandeniu nesimaišo, o patekusios į vandenį jos savaime suformuoja liposomas (riebalines pūsleles). Jų paviršiaus struktūra yra labai panaši į gyvų ląstelių membranas, todėl jos neretai yra naudojamos tyrinėjant ląstelių evoliuciją.
P. Stano žurnale „Angewandte Chemie“ publikuotame straipsnyje tikina, kad daugelyje tokių liposomų buvo „įkalintas“ nepilnas baltymų surinkimo molekulių rinkinys. Stebėtina tai, kad penkiose liposomose iš tūkstančio pasitaikydavo ir pilnas molekulių rinkinys, reikalingas baltymui pagaminti. Ir jos gamino didelius kiekius GFP baltymo bei, stebint pro mikroskopą, švytėjo žaliai.
Kompiuteriniai skaičiavimai parodė, kad, laikantis tikimybių teorijos, visos baltymų gamybos molekulės negalėjo atsirasti liposomoje su 5 iš 1000 tikimybe. Tiesą sakant, mokslininkų teoriniai skaičiavimai rodo, kad tokia tikimybė yra praktiškai nulinė. O faktas, kad tokių liposomų visgi buvo, kad GFP baltymas švytėjo, rodo, jog įvyko kažkas sunkiai paaiškinamo.
P. Stano su kolegomis iki šiol negali pilnai paaiškinti kas nutiko. Galbūt tai yra atsitiktinis procesas, kuriam paaiškinti reikalingas geresnis statistinis modelis. O gali būti, kad šios konkrečios molekulės yra linkusios į savaiminę organizaciją, nes jau yra ilgos evoliucijos produktas. Mokslininkams bus labai svarbu patikrinti, ar panaši savybė – sudaryti molekulinius mechanizmus dažniau nei žada statistiniai modeliai – būdinga ir panašioms, tačiau ne tokioms sudėtingoms molekulėms.
Nepaisant apribojimų ir likusių neaiškumų, P. Stano tyrimas pirmą kartą parodė, jog molekulių savaiminis susirinkimas į paprastas ląsteles gali būti neišvengiamas fizikinis procesas. Išsiaiškinus, kaip tiksliai šis procesas vyksta, būtų žengtas milžiniškas žingsnis siekiant suvokti, kaip atsirado gyvybė, rašo phys.org.
(11)
(0)
(1)