Биологи
выяснили, почему жизнь не может существовать без воды
21 июня 2016 г.
Биологи
из США пришли к выводу, что уникальная роль воды в формировании жизни
обусловлена тем, что она критически важна для свертывания молекул белков и
приобретения ими правильной формы, говорится в статье, опубликованной в журнале
PNAS.
"Долгое
время наши коллеги пытались понять, как вода взаимодействует с белками. Этот
вопрос является фундаментальной проблемой в биологии, который касается того,
как устроены белки, насколько они стабильны, как они меняются и как они
работают. Мы полагаем, что у нас есть основания считать, что вода управляет
флуктуациями белковых молекул на временных промежутках порядка
пикосекунды", — заявил Дунпин Чжун (Dongping Zhong) из университета штата Огайо в Коламбусе
(США).
Чжун и его коллеги
пытались найти ответ на главный "вечный" вопрос биологии и истории
развития жизни на Земле – почему именно вода стала тем
"растворителем", в котором происходят все реакции внутри нашего
организма и внутри всех живых клеток. На этот вопрос есть множество философских
ответов, однако конкретного объяснения того, почему вода является уникальной
для жизни молекулой, у ученых пока не было.
Авторы
статьи нашли один из вариантов того, почему вода стала главной "жидкостью
жизни", наблюдая за тем, как один из самых сложных и важных белков в наших
клетках – ДНК-полимераза – чинит и копирует спирали генетического кода. Их
интересовал не сам процесс сборки молекул ДНК, а то, как перемещались молекулы
воды вокруг ДНК-полимеразы.
Так
как молекулы воды и белка двигаются очень быстро, ученым пришлось пойти на хитрости
для наблюдения за их движением – к примеру, они встроили в полимеразу
аминокислоту триптофан, отсутствующую в ней в природе, которая светилась при
облучении лазером и "подсвечивала" окружающую воду.
Подобное
свечение возникает и гаснет очень быстро, что позволило команде Чжуна следить за сдвигами воды и молекулы белка с частотой
в 10 триллионов кадров в секунду.
Данные
наблюдения показали, что вода играет ключевую роль в процессе свертывания белка
и удерживании им нужной формы, ограничивая движение "хвостов"
ДНК-полимеразы в некоторые стороны. Это не давало белку рассыпаться на части и
принять новую, неправильную форму, в которой его функции были бы нарушены. В
выражении Чуна, молекулы воды образуют своеобразные
"сети", которые гонят хвосты белка в нужные стороны.
Как
подчеркивает биолог, данный вывод не означает, что вода обладает некой
"памятью" или "структурой" – ее влияние на структуру белка
обусловлено тем, как соединены друг с другом аминокислоты и как они
взаимодействуют между собой и с молекулами воды. По всей видимости, это
свойство могло помочь жизни появиться в "супе" из аминокислот и
прочих кирпичиков жизни в первичном океане Земли 3,5-3,8 миллиарда лет назад.