Доказано существование случайной эволюции

Ученые Научно-исследовательского института биомедицины Монаша в Австралии пришли к выводу, что одной из движущих сил эволюции стали «элементы структурной емкости» (Structural Capacitance Elements) — участки в белковых цепях, которые не складываются в одну определенную структуру. В таких элементах могут беспрепятственно накапливаться случайные мутации, и, в конце концов, образуется новая функциональная структура.

Функцию белков определяет их уникальная структура, образующаяся при сворачивании (фолдинге) аминокислотной цепи. Главными элементами этой структуры являются домены, непосредственно влияющие на работу белка. Мутации, затрагивающие домены, обычно оказываются вредными для организма и не закрепляются в ходе эволюции. Однако известно, что многие белки, участвующие в регуляции метаболизма клетки и передаче сигналов, имеют также крупные участки, которые не образуют определенную нативную структуру. Эти соединения называют функционально неупорядоченными белками (intrinsically disordered proteins).

Ученые проанализировали более 68 тысяч мутаций в геноме человека, примерно половина которых была связана с генетическими заболеваниями, и выяснили, какие изменения в ДНК влияли на различные типы упорядочивания структуры белка. Оказалось, что мутации в длинных неупорядоченных регионах могут образовывать микроструктуры, которые либо улучшают функционирование белка, либо способствуют патогенным взаимодействиям с другими молекулами.

Хотя длинные неупорядоченные регионы могут формировать «вредные» структуры, подобная белковая «гибкость» позволяет молекуле быстро эволюционировать. Например, в популяции неупорядоченных белков спонтанно возникает микроструктура, которая становится фундаментом для последующих ступенчатых изменений. В результате белок может приобрести новые функции.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283618307228?via%3Dihub

Обнаружены простые белковые катализаторы, которые необходимы для появления жизни на Земле

Ученые Университета Рутгерса (США) обнаружили простые белковые катализаторы, которые способны возникать спонтанно и необходимы для появления жизни на Земле. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

            В 80-90-х годах немецкий химик Гюнтер Вехтерсхойзер (Günter Wächtershäuser) пришел к выводу, что первые клетки возникли на морских скалах, содержащих железо и серу. При этом метаболизм этих живых организмов должен был поддерживаться пептидами — короткими белковыми цепями, в данном случае обладающими ферментативными свойствами. Эти молекулы состояли из 10-20 аминокислот и могли связывать металлы.

       Исследователи с помощью компьютерного моделирования выяснили, что подобный пептид может состоять из 12 аминокислот двух типов. Результаты экспериментов с синтезированной молекулой показали, что она образует структуру, напоминающую строение минералов, которые содержали серу и железо и в изобилии встречались на древней Земле. Это позволяют ферменту вступать во взаимодействие с железо-серными кластерами, включая их в свой состав и используя для переноса электронов на другие органические молекулы.

       По словам ученых, небольшие размеры фермента и простой состав позволяет ему возникать случайным образом в больших количествах. Он также был устойчивым и мог многократно выполнять функции катализа.

Источник: https://phys.org/news/2018-08-scientists-protein-life-began.html