Российские ученые 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.
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 ученым Александром Опариным в начале прошлого века.
Сложнее всего для науки оказался 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 ученые.
Динамика автокаталитического образования полиионных структур. Источник: Екатерина Скорб
Как пояснили исследователи, система включает целый каскад биохимических реакций: автокатализ (воспроизводство молекулой самой себя), фазовое разделение (образования нескольких фаз в водном растворе), образование 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. Причем, 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.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
