А.Р. Вот этого я тоже не могу вам сказать – откуда она появляется и как – но она возникла, несомненно, из РНК. И, кстати, есть много указаний на то, что ДНК вторична.
А.Г. Ну, хорошо. Опять вопрос может быть не к вам, а к Господу Богу. Если ДНК возникло из РНК, то почему РНК (передав ДНК функции, то есть выстроив ДНК в достаточно жёсткой функциональной схеме) осталась? Почему ДНК, возникнув, не взяла на себя все функции РНК, в том числе и производство белков?
А.Р. ДНК не совсем удобна для выполнения каких-то структурных функций, чтобы создавать какие-то уникальные структуры. Для этого РНК гораздо лучше приспособлена. И уж совсем ДНК не может выполнять ферментативные функции, потому что опять же для того, чтобы были ферментативные функции, нужна способность создавать уникальные сложные структуры со сложной поверхностью и какими-то специфическими участками. То есть, что умеют делать белки и РНК, но не ДНК. РНК осталась, потому что как раз эти функции нельзя было передать ДНК.
Другое дело, что многие ферментативные функции можно передать белкам. И действительно мы видим, что основная масса ферментов – это белки. Но, тем не менее, РНК сохраняется. И, кстати, вот ещё одно интересное, совсем недавнее свидетельство того, что РНК-мир не исчез, что он в нас присутствует.
Секвенирование геномов, то есть определение последовательности ДНК у разных организмов, привело к ряду интересных наблюдений. Во-первых, когда секвенировали геном мыши в прошлом году, в нём, как и у человека, нашли между тридцатью и сорока тысячами белковых генов. Но оказалось, что существует больше десяти тысяч генов, которые кодируют РНК, которые никогда в белок не превращаются, не транслируются в белок. То есть, многие из этих РНК оказались эволюционно консервативными. Оказалось, что они есть и у человека, и у крысы. То есть у нас, у млекопитающих, у людей существует целый мир РНК, о котором мы ничего не знаем. Возможно, это какие-то рибозимы, возможно они играют ещё какую-то роль, но, оказывается, существуют тысячи молекул РНК, функции которых мы не знаем. Так что внутри нас существует целый мир РНК, который мы только начинаем изучать.
А.Г. Для экспериментального подтверждения этой теории, кроме миллионов лет, что необходимо? Наверняка возможно создать такие условия, когда фактор времени будет не столь важным? Каким-то образом катализировать этот процесс?
А.Р. Да, здесь, на мой взгляд, есть ряд вполне реальных экспериментов. Например, можно попытаться создать такой рибозим, такой фермент, который бы состоял из РНК и который мог бы синтезировать новые молекулы РНК. То есть, научиться выращивать колонии РНК, не используя белки. Вот если бы это удалось, это был бы…
А.Г. Замкнутый цикл.
А.Р. Да. Это было бы очень серьёзным доказательством существования РНК-мира.
А.Г. Тогда, может быть, сделать вот что… Мы не так давно говорили о космических экспедициях в поисках жизни – может быть, искать не готовые образцы жизни в виде клеток и так далее. Может быть искать те самые колонии РНК, которые могут существовать на спутниках Юпитера или Марсе?
А.Р. Конечно, такие работы ведутся. Ищут не только готовые формы жизни, не только клетки, а вообще любые биологические молекулы. Поэтому изучаются метеориты…
А.Г. От первых РНК, к РНК, которые мы носим в себе. Вы сказали, что целый мир РНК существует и в нас, и в других животных, и в растениях. А какую роль, помимо установленной роли переносчика информации с ДНК и синтезирования белков, они ещё могут играть в нашем организме?
А.Р. Несомненно, часть этих РНК участвуют в каталитических процессах, то есть являются рибозимами – таких немного. РНК входит в состав целого ряда ферментов, важных ферментов. Например, есть РНК, который входит в состав фермента теломераза. Это фермент, который участвует в поддержании целостности концов хромосом. РНК входит в состав частиц, ответственных за транспорт белков, которые производятся на экспорт. Функции самые разнообразные…
А.Г. А чем вы занимаетесь сейчас и как РНК связано с этим?
А.Р. Здесь я могу сказать вот что. Если вы помните, когда мы с вами обсуждали, что же главное в старении, мы говорили, что очень важно воспроизводство белков, обновление белков. И вот в геронтологии многие обсуждают – что же более важно? Скажем, повреждение ДНК или повреждение белков в старении? И вот совсем недавно, несколько месяцев назад мы обнаружили совершенно неожиданную вещь. Оказалось, что ключевым в старении, по крайней мере для нематод, является повреждение РНК.
А.Г. А как происходит повреждение РНК?
А.Р. Мы ещё не знаем, но на самом деле в процессе старения у нематод происходит массивное повреждение РНК, которое гораздо сильнее, чем повреждение белка или повреждение ДНК.
А.Г. То есть, РНК – это всё-таки основа.
А.Р. Да, оказывается РНК – основа основ. Конечно, мы не знаем – так ли это для человека, но, по крайней мере, мы теперь точно знаем, что…
А.Г. …для нематод это так. Но это совсем свежие эксперименты, буквально сегодняшнего дня. А дальше логика развития этих экспериментов какая?
А.Р. Естественно, будем выявлять конкретный механизм: почему это происходит и можно ли это предотвратить?..
Асимметрия и возникновение жизни
Участники:
Аветисов Владик Аванесович – доктор физико-математических наук.
Костяновский Рэм Григорьевич – доктор химических наук.
Александр Гордон: Доброй ночи! Опять и опять об одной из самых интригующих, волнующих и неразрешимых тем пока – происхождении жизни, но на сей раз-то с другой немножко точки зрения, чем это было прежде в наших передачах. Сегодня мы поговорим о том, что такое симметрия в живом и неживом, и почему её нарушение может привести к тому, что мы называем «феноменом жизни»? Правильно я всё сказал?
Владик Аветисов: Да, конечно.
А.Г. Итак, пожалуйста, кто начнёт?
Рэм Костяновский: Начнём с общеизвестной талидомидной трагедии, потому что финал этой страшной истории, видимо, мало кому известен.
С 1957 года по 1962 год во многих странах Западной Европы, Канады, Бразилии, Японии и Австралии родились десятки тысяч детей с пороками развития костных тканей, вплоть до полного их отсутствия. Тщательное расследование причин привело к препарату одной немецкой фирмы, который широко распространился в мире и использовался беременными женщинами как успокоительное и мягкое снотворное. Но лишь 17 лет спустя удалось показать, что дело было в действующем начале этого препарата: имиде талоилглютаминовой кислоты, в хиральном соединении, которое было разделено на энантиамеры, на зеркальные антиподы. Испытание этих антиподов показало, что только левый антипод вызывает эти страшные уродства, тогда как правый является совершенно безопасным лекарственным средством. Многие органические соединения, хиральные органические соединения подобного типа, энантиамеры этих соединений, скажем, душистые вещества, обладают совершенно различным запахом и разным вкусом. Это заметил ещё Пастер, когда на заседании французской Академии наук, обсуждая открытие левого и правого аспарагина, высказал идею о том, что это различие восприятия обусловлено диссимметрией живых тканей – рецепторов, с нынешних позиций. В исследованиях хиральных соединений, которые характеризуются несовместимостью со своим зеркальным отражением (это и есть зеркальные изомеры) выяснилось постепенно, что живая природа построена именно на основе этого строительного материала. То есть только одна зеркальная форма используется ею как строительный материал.
В.А. Да, это действительно одна из самых захватывающих проблем. Зеркальная симметрия, это, конечно, только один из типов симметрии, симметрий может быть много. Но факт нарушения зеркальной симметрии, пожалуй, интересовал человека всегда гораздо больше, чем факт нарушения какой-либо другой симметрии.
Давайте всё-таки обратимся к тому, в чём состоит феномен нарушенной зеркальной симметрии биоорганического мира. Что мы об этом знаем сейчас, спустя 150 лет после Пастера? Мы знаем, что очень многие органические соединения, из которых построено живое, на самом деле являются соединениями хиральными, то есть соединениями, которые могут существовать в виде двух зеркально антиподных форм. Слово «хиральность» от греческого слова «хеир» – «рука», «ручность», как две руки, левая и правая. Но ведь отразить в зеркале можно всё, что угодно. Особенность тут состоит в том, что отражённый предмет невозможно совместить с исходным. Вот если вы не можете отражённый в зеркале предмет совместить с исходным, вот такой объект называется хиральным. Если можете, то он ахиральный.