Российские учёные совместно с иностранными коллегами смоделировали механизм синтеза особых молекул-коацерватов. Согласно популярной научной теории, именно такие молекулы были предшественниками первых одноклеточных организмов и положили начало жизни на нашей планете. Авторы работы с помощью математических методов воспроизвели целый каскад химических реакций, который привёл к формированию коацерватов. Исследование не только способно приблизить науку к пониманию того, как возникли первые земные организмы, но также может найти применение в работах по созданию искусственных клеток и разработке технологий адресной доставки лекарств.
- Gettyimages.ru
- © STEVE GSCHMEISSNER / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Российские учёные из научно-образовательного центра инфохимии Национального исследовательского университета ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов, которые частично объясняют появление первых одноклеточных организмов на планете. Работа поможет приблизиться к разгадке того, как именно зарождалась жизнь на Земле, а также ускорить исследования в области создания искусственных клеток. Об этом RT сообщили в пресс-службе университета. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда и программы «Приоритет 2030». Результаты опубликованы в журнале Chem.
Согласно одной из основных научных теорий, первые примитивные организмы могли возникнуть на планете в результате изначально абиогенного синтеза сложных химических молекул в так называемом «первичном бульоне» — растворе аммиака, метана и других соединений, присутствовавших в атмосфере и океане. Реакции синтеза шли под воздействием разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов. Возникшие молекулы представляли собой сложные органические соединения и биополимеры, которые затем объединились в белки. Из них, в свою очередь, возникли первые примитивные организмы. Теория была выдвинута советским учёным Александром Опариным в начале прошлого века.
- Советский биолог и биохимик Александр Иванович Опарин
- РИА Новости
Сложнее всего науке оказалось разрешить вопрос, как именно белковые молекулы «собрались» в первые организмы. Как предполагал Опарин, белки образовывали комплексы, на границе которых выстраивались липидные молекулы — прообраз клеточной мембраны. Такие комплексы получили название коацерваты, от латинского слова coacervus — сгусток.
Авторы работы частично подтвердили эту теорию. Исследователи разработали и описали с помощью вычислительных методов химическую систему, которая приводит к «самосборке» коацерватов. Процесс образования этих структур схож с поведением живого организма, отмечают учёные.
Как пояснили исследователи, система включает целый каскад биохимических реакций: автокатализа (воспроизводство молекулой самой себя), фазового разделения (образования нескольких фаз в водном растворе), образования капель масла в воде и коацервация («кучкование» образованных заряженных макромолекул).
«Представьте некий химический «суп»: в бульон помещаются молекулы разных веществ, они взаимодействуют, в результате чего образуется новая молекула. Она начинает «размножаться», контактировать с другими частицами, а также инициировать создание коацерватов. Причём, когда создаются комплексы, реакция продолжается уже внутри, а не в бульоне, что влияет на скорость получения итоговых структур. Все происходит без нашего участия, мы просто наблюдаем», — объяснила RT директор НОЦ инфохимии ИТМО Екатерина Скорб.
- Процессы самоорганизации полученных структур в чашках Петри
- © Пресс-служба ИТМО
Для описания всех реакций, учёные применили метод компьютерного моделирования, который позволяет отследить, что происходит с молекулами на каждом этапе. По словам исследователей, им удалось воспроизвести механизм формирования и «поведения» коацерватов. Это поможет лучше понять, как именно протекал процесс появления первых живых организмов на Земле, а также поможет в работах по созданию искусственных клеток. Кроме того, полученные данные могут найти применение при разработке технологий адресной доставки лекарств.
