دفعة كبيرة لنظرية البروتوريبوسوم - جيب جزيئي صغير مصنوع من الحمض النووي الريبي (RNA) ظهر في الحساء القديم وشجع الروابط بين الأحماض الأمينية
الفعل الذي (ربما) كان على هذا النحو: قبل بضعة مليارات من السنين، لم يكن هناك علم الأحياء بعد. أي أنه كانت هناك مركبات وعمليات كيميائية، ولكن الحياة لم تظهر بعد. ثم كان هناك تطور في الحبكة: من بين العديد من الهياكل الكيميائية المتكونة عشوائيًا في الحساء القديم، تم العثور على جيب جزيئي صغير مبني من الحمض النووي الريبوزي (RNA) ومناسب تمامًا في الشكل للترتيب المكاني للجزيئات التي تسمى الأحماض الأمينية بحيث يمكن أن تتشكل الروابط بينهما. وقد مهد هذا الطريق لإنتاج الجزيئات الأساسية لاستدامة الحياة على الأرض: البروتينات. من الهرمونات والإنزيمات والأجسام المضادة إلى المكونات الهيكلية للخلايا والأنسجة: تلعب عشرات الآلاف من البروتينات أدوارًا ضرورية لا حصر لها في كل كائن حي.
البروفيسور آدا يوناث وأظهر أعضاء مجموعتها في معهد وايزمان للعلوم أن هذا الجيب القديم تم الحفاظ عليه طوال مئات الملايين من السنين من التطور وهو موجود حتى يومنا هذا داخل ريبوسومات كل خلية حية - من البكتيريا والنباتات إلى البشر. حديثاً لقد قدموا دفعة كبيرة إلى نظريتهم من خلال تجربة فريدة من نوعها.
وُلدت النظرية وراء البحث الحالي قبل حوالي 20 عامًا، بينما كانت البروفيسورة يونات شكيدا تعمل على تكسير بنية ووظيفة الريبوسوم - مصنع الخلية لإنتاج البروتينات - وهو العمل الذي حصلت عليه لاحقًا على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2009. XNUMX. "في ذلك الوقت اكتشفنا خاصية هيكلية مدهشة للريبوسوم"، تقول الدكتورة عنات باشان، وهي عالمة بارزة في مختبر البروفيسور يونات في قسم البيولوجيا الهيكلية والكيميائية. "على الرغم من أن الريبوسوم عبارة عن جزيء ضخم غير متماثل، إلا أنه يوجد في قلبه مكونان يشكلان معًا نوعًا من الجيب المتماثل تمامًا تقريبًا."
يقول البروفيسور يونات: "لقد فوجئنا باكتشاف أن مثل هذا الجيب موجود في ريبوسومات جميع الكائنات الحية، ويحدث فيه تكامل نشاط الريبوسوم: الروابط بين الوحدات البنائية للبروتينات". - الأحماض الأمينية - تتشكل فيه حسب الترتيب الذي تمليه عليه الشفرة الوراثية."
أطلق العلماء على البنية الشبيهة بالجيب اسم ما قبل الريبوسوم أو البروتوريبوسوم. ويفترضون أنه سلف جميع الريبوسومات الحديثة، وأنه تم إنشاؤه كجسم جزيئي مستقل في عصر قديم، قبل ظهور الحياة على الأرض، وتم الحفاظ عليه كمنطقة داخل الريبوسومات طوال التطور بسبب أهميته. والكفاءة. والبروتوريبوسوم صغير مقارنة بحجم الريبوسوم: فهو يتكون من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تحتوي على حوالي 120 نيوكليوتيدات - أي أقل من 5٪ من الحجم الحالي للريبوسوم، الذي يتكون من حوالي 4,500 نيوكليوتيدات في البكتيريا أو حوالي 6,000 نيوكليوتيدات في البشر.
من الممكن أنه كما تم إنشاء البروتريبوسوم بشكل عشوائي، فقد تم أيضًا إنشاء عدد لا يحصى من الجزيئات الأخرى في ذلك الوقت في الحساء القديم، لكن البنية الفريدة للبروتوريبوسوم تعني أنه بقي على قيد الحياة بل وتضاعف. شجع هذا الهيكل على الاتصال بين اثنين من الأحماض الأمينية التي وقعت في مكانها. وفي وقت لاحق، تمت إضافة المزيد والمزيد من الأحماض الأمينية إلى السلسلة وبدأ تكوين البروتينات القصيرة (الببتيدات). أثبتت بعض تلك البروتينات العشوائية التي تم إنشاؤها فعاليتها في تثبيت وتوسيع البروتريبوسوم نفسه، مما ساعده على التطور تدريجيًا إلى مصنع تصنيع البروتين المتطور الذي هو عليه اليوم. يقول البروفيسور يونات: "الريبوسوم المعاصر هو نوع من البصل، يحتوي في وسطه على البروتريبوسوم وحوله طبقات أضيفت أثناء التطور".
لقد تم إتقان إنتاج البروتينات في الريبوسومات بمرور الوقت، واليوم أصبحت هذه الآلات الجزيئية متطورة مبنية من آلاف الأحماض الأمينية ويتم إنتاجها في الريبوسوم وفقًا للتعليمات المشفرة في الحمض النووي.
على مر السنين، تلقت نظرية البروتريبوسوم تعزيزات مختلفة، ولكن في دراسة جديدة بقيادة الدكتورة تانيا بوس، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر البروفيسور يونات، أجرى العلماء تجربة تحاكي تلك اللحظة القديمة لظهور الجسيم. آلة جزيئية تربط الأحماض الأمينية في الحساء القديم ولتحقيق هذه الغاية، قامت الدكتورة بوس وزملاؤها أولاً بإنشاء هيكل عالمي يشبه الجيب، كما هو موجود في الريبوسومات البكتيرية. بناءً على هذه الهياكل، أنشأ العلماء بروتوريبوسومات اصطناعية في المختبر، وخلطوها مع الأحماض الأمينية والأملاح المختلفة والمواد الكيميائية الأخرى. ثم قاموا بفحص المنتجات الناتجة باستخدام قياس الطيف الكتلي وطرق أخرى. قدمت البروتريبوسومات المنتجة في المختبر البضائع - فقد وجد أنها مستقرة ولديها البنية اللازمة لتكوين روابط بين الأحماض الأمينية. يقول الدكتور بوس: "إن إنشاء الروابط بين الأحماض الأمينية، أي إنتاج البروتينات، هو العملية الأكثر أهمية في أي خلية، وقد أظهرنا أنه يمكن أن يحدث داخل البروتريبوسوم".
ويختتم الدكتور باشان بقوله: "ربما وجدنا الحلقة المفقودة بين عالم ما قبل البيولوجي وعالم البروتينات والأحماض النووية والـ RNA والـ DNA، أي العالم البيولوجي الذي نعرفه اليوم". وماذا عن الأحماض الأمينية، من أين أتت؟ ربما تم خلقهم على الأرض، وربما وصلوا من الفضاء الخارجي عبر الكويكبات، كما يعتقد بعض العلماء، لكن أصلهم ينتمي بالفعل إلى قصة أخرى.
كما شارك في الدراسة الدكتور جيل فريدكين من معهد الأبحاث البيولوجية في إسرائيل؛ د. إيلانا أغمون من التخنيون - معهد إسرائيل للتكنولوجيا؛ والدكتور تشين دافيدوفيتش من جامعة موناش في ملبورن، أستراليا، والدكتورة ميري كروبكين، ونيكيتا دينجر، والدكتورة إيلا فالكوفيتز من قسم البيولوجيا الإنشائية والكيميائية بمعهد وايزمان للعلوم؛ والدكتور يوآف بيليج من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة في المعهد.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
