Новости космоса и технологий. » Химия » Нужны ли в раннем возрасте длинные сложные молекулы, чтобы образовать клеточные компартменты?

Нужны ли в раннем возрасте длинные сложные молекулы, чтобы образовать клеточные компартменты?

Опубликовал: Admin, 24-11-2020, 01:01, Химия, 36, 0

Нужны ли в раннем возрасте длинные сложные молекулы, чтобы образовать клеточные компартменты?

Компартменты протоклеток, используемые в качестве моделей для важного шага в ранней эволюции жизни на Земле, могут быть сделаны из коротких полимеров. Короткие полимеры, которые лучше соответствуют вероятному размеру молекул, доступных на ранней Земле, образуют отсеки посредством разделения фаз жидкость-жидкость так же, как и более длинные полимеры. Хотя у них нет мембраны, отделяющей их от окружающей среды, протоклетки могут изолировать РНК и поддерживать различные внутренние микроокружения, в некоторых отношениях даже превосходя аналогичные компартменты, сделанные из более длинных полимеров.

Статья с описанием исследования ученых из Пенсильванского университета появится 23 ноября в журнале Nature Communications .

«Важным шагом для ранней эволюции жизни на Земле является разделение на части», - сказала Кристин Китинг, выдающийся профессор химии Пенсильванского университета и одна из руководителей исследовательской группы. «Живые существа должны быть как-то отделены от окружающей среды. Мы хотели знать, можем ли мы создать отсеки, которые могли бы функционировать как протоклетки, из молекул, которые были бы более похожи по размеру на молекулы, которые были бы доступны на Земле, когда зарождалась жизнь. "

Исследователи создают отсеки, называемые «комплексными коацерватами», путем объединения двух противоположно заряженных полимеров в растворе. Полимеры притягиваются друг к другу и могут образовывать капли через разделение фаз жидкость-жидкость , подобно каплям масла, образующимся в заправке для салата при ее отделении. В зависимости от условий полимеры могут оставаться равномерно распределенными в растворе, они могут образовывать коацерваты, подобные протоклеткам, или они могут слипаться, образуя твердые агрегаты.

Исследователи сравнили полимеры разной длины, состоящие из заряженных единиц, от 1 до 100 единиц. Более длинные полимеры имеют более высокие заряды, сильнее притягиваются друг к другу и могут легче образовывать отсеки в более широком наборе экспериментальных условий.

«Мы протестировали большое количество комбинаций типов и длины полимеров, чтобы попытаться установить параметры для формирования отсеков», - говорит Фатма Пир Чакмак, a аспирант в Пенсильвании на момент исследования и первым автором статьи. «Мы обнаружили, что полимеры длиной всего пять единиц могут образовывать стабильные компартменты».

Затем исследователи проверили способность отсеков из коротких полимеров выполнять определенные функции протоклетки. Компартменты были стабильны при различных концентрациях соли и, в зависимости от полимер комбинации, были способны поддерживать кажущийся pH внутри этого отсека, который отличался от pH окружающего раствора.

«Мы не знаем, в каких условиях формировалась жизнь», - сказал Сэхён Чой, аспирант Пенсильванского университета и один из авторов статьи. «Это могло быть в океане, в солоноватой или пресной воде. В отсеках были стабильные концентрации соли, достаточно высокие, чтобы предположить, что они являются подходящей моделью для любой из этих ситуаций».

Когда к раствору добавляли одноцепочечные молекулы РНК, компартменты, сделанные из более коротких полимеров, были лучше способны изолировать РНК, чем компартменты, сделанные из более длинных полимеров. Молекулы РНК внутри отсеков были сконцентрированы в 500 раз больше, чем в окружающем растворе. Молекулы двухцепочечной РНК также были изолированы компартментами и были более стабильными в компартментах, сделанных из более коротких полимеров.

Исследовательская группа также проверила способность РНК сохранять свою складчатую и трехмерную структуру внутри отсеков.

«В условиях, которые мы тестировали, РНК сформировала большую часть своей вторичной структуры, но не сохранила полностью естественную складку внутри компартментов», - сказал Макколи О. Мейер, аспирант Пенсильванского университета и автор статьи. «Мы практически не увидели разницы в размере полимеров, образующих компартменты, так что, возможно, нам просто не хватило ключевого компонента - чего-то вроде магния, который важен для полностью нативной сворачивания РНК».

Результаты показывают, что даже с помощью простых небольших компонентов могут быть созданы отсеки, способные проявлять многие признаки протоклеток.

«Это важное открытие - увидеть, что мы можем создавать эти компартменты из таких коротких полимеров, и в некотором смысле, например, накапливая РНК, они функционируют лучше, чем компартменты, сделанные из более длинных полимеров», - сказал Китинг. «Наши результаты предполагают, что даже если бы на ранней Земле были доступны только молекулы меньшего размера, функциональные компартменты могли бы сформироваться. Со временем более крупные молекулы могли быть включены по мере их появления».

Исследователи подчеркивают, что используемые ими полимеры отражают сущность вероятной ранней Земли молекулы но, вероятно, не похожи на те, что были на ранней Земле, за исключением размера. Они заявили, что не пытаются воссоздать условия ранней Земли, которые привели к эволюции жизни.

«То, что мы ищем, не является точной записью того, что произошло на Земле миллиарды лет назад», - сказал Фил Бевилаква, выдающийся профессор химии, биохимии и молекулярной биологии Пенсильванского университета и один из руководителей исследовательской группы. «Вместо этого мы хотим знать, насколько это возможно для зарождения жизни. Мы изучаем граничные условия, и вы должны иметь короткие полимеры, прежде чем вы получите длинные полимеры».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии