У результаті експерименту з реконструкції найдавніших аналогів сучасних ферментів вчені виявили, що предки сучасних білків були адаптовані до умов, що сильно відрізняються від нинішніх. Вони були більш термостійкість і воліли кисле середовище.

Структура білка з дисульфідними зв'язками (жовті перемички). Ці зв'язки тримають всю молекулу, як скріпки або шпильки, не даючи білку розвернутися і втратити біологічну активність. (Фото Manuel C. / Dr. Peitsch.)

Якщо вірити результатам, отриманим командою дослідників з Колумбійського університету (США), найдавніші ферменти «жили і працювали» при набагато більш високій температурі і в куди більш кислому середовищі. А значить, і життя на Землі не обов'язково терпляче чекала відповідних умов, а могла утворитися тоді, коли «первинний бульйон» ще не зовсім охолов і був надзвичайно закислення.

Хуліо Ернандес з колегами зробили спробу реконструкції древнього тіоредоксіна – ферменту, який розриває і відновлює дисульфідні зв'язки в інших білках, сприяючи підтримці ними правильної третинної структури. Зараз цей фермент є практично у всіх груп живих організмів. Дослідники сконструювали сім видів тіоредоксіна трьох доменів життя – архей, бактерій і еукаріот, які могли бути на планеті десь від одного до чотирьох мільярдів років тому.

Для цього своєрідного «воскресіння» дослідники спочатку побудували фамільне древо всіх відомих на сьогодні різновидів тіоредоксіна, щоб передбачити, в якому напрямку розвивався білок. Потім вони створили найбільш ймовірну послідовність тіоредоксіна-«предків». Нарешті, синтезований ген найдавнішого тіоредоксіна вставлявся в кишкову паличку Escherichia coli, а потім напрацьований бактерією білок очищався біохімічними методами.

Кожен фермент «воліє» працювати при деяких оптимальних умовах – найбільш підходящих значеннях температури і рН. Зазвичай такі значення називають фізіологічними. Ферменти ссавців, наприклад, ефективніше за все виконують хімічні реакції при температурі тіла тварини і нейтральному рН. Звичайно, є винятки на кшталт травних ферментів, які працюють в кислому або лужному середовищі, або білків бактерій, що живуть в екстремальних умовах – наприклад, у гарячих джерелах. Але нинішні тіоредоксіна не належать до «екстремалам». І все ж, як виявилося, їхні далекі предки ефективно працювали в зовсім інших умовах. За словами дослідників, древні ферменти могли розщеплювати тільки прості молекули, тому зараз вченим доводилося полегшувати отриманими «білковим исопаемим »завдання, розтягуючи для них білок-субстрат на атомно-силовому мікроскопі для більш повного доступу до дисульфідними зв'язками білка. Але при цьому всі древні тіоредоксіна виявилися «любителями» більш низьких рН (тобто більш кислого середовища), ніж їх сучасні аналоги. З іншого боку, при перевірці цих білків на термостабільність (коли спостерігають зміни в структурі білка при підвищенні або зниженні температури) з'ясувалося, що стародавні тіоредоксіна залишаються стабільними навіть тоді, коли сучасні білки вже втрачають працездатність. У середньому температурний запас міцності у «давніх» ферментів виявився на 32 ˚ C вище, ніж у нинішніх.

Отримані дані говорять про те, що життя на Землі могло виникнути в умовах, досить сильно відрізняються від сучасних. Потім їй довелося поступово адаптуватися до похолодання і зниження кислотності навколишнього середовища. Можна припустити, що у живих організмів є такі запаси міцності (в еволюційному сенсі), про які ми навіть не підозрюємо. З іншого боку, така палеоензімологія дозволяє не тільки судити про шляхи розвитку життя, але і відтворювати глобальні геокліматичних умови, які супроводжували життя на різних етапах її розвитку. Знаючи структуру та функціонування білків мільярди років тому, можна зрозуміти, в яких умовах доводилося існувати біологічним молекулам.

За матеріалами: PhysOrg

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?