Протоклетки

Каждый из нас хоть раз задумывался о том, откуда взялись мы, откуда взялась жизнь. В результате поиска научного ответа на этот вопрос родилась область знания об абиогенезе.

Проблема сложности возникновения ферментативных реакций (без которых немыслима жизнь) в мире ранней Земли, где белков ещё не существовало, была частично решена после открытия каталитических свойств молекул РНК и открытия структуры рибосом, каркас которых состоит из РНК. Но, как всегда, ответы порождают новые вопросы. Одним из них стал вопрос о возникновении замкнутых клеток, в которых мог бы протекать эволюционный процесс. Без таких «анклавов» в мировом океане отсутствовала бы конкуренция между реплицирующимися молекулами, так как преимущества каждой из них были бы доступны всем «жильцам» первичного бульона.

Один из возможных вариантов таких протоклеток — структур, представляющих собой везикулы, — предложила группа исследователей из Германии в статье «Organocatalyzed bottom-up formation of protocells», вышедшей в Nature Communications. Основная проблема, которую удалось решить, — это поиск простых органических молекул, способных спонтанно собираться в бислои в пребиотических условиях. Ключевую роль здесь сыграли имидазолидин-4-тионы — простые органокатализаторы. Учёным удалось показать каскадный синтез, в котором эти катализаторы превращают обычный ацетальдегид в длинные цепочки липидоподобных молекул (полигидроксиалкениловыеальдегиды), способных формировать мембраны (рис. 1).

Исследователям удалось воссоздать процесс формирования структур, подобных липосомам, принципиально новым способом — «снизу вверх» из простейших предшественников. В отличие от традиционных экспериментов, где используются уже готовые жирные кислоты, в данной работе мембраны протоклеток образуются сами в ходе химической реакции. Изначально в растворе возникают неполярные масляные капли. Однако в процессе реакции внутри этих капель постоянно выделяется вода. Она накапливается в центре, превращая каплю в протоклетку с водным ядром и тонкой мембраной. Исследования с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-TEM) подтвердили наличие чёткой границы раздела фаз толщиной около 3,1 нм, что соответствует параметрам типичного липидного бислоя (рис. 2).

Помимо этого, получившиеся везикулы обладали проницаемостью для некоторых органических молекул (например, красителя родамина B), а также продемонстрировали устойчивость в значительном диапазоне pH, температур и концентраций хлоридов кальция и магния, что крайне важно для выживания в суровых условиях ранней Земли.

Ссылка на статью

Материал подготовил Попович С.З.