|
Пептиды могут образовывать структуры на Венере
|
|
|
|
Исследуя небесные тела Солнечной системы в поисках признаков прошлой или настоящей жизни, ученые в основном сосредоточивались на планетах, у которых есть (или была) жидкая поверхность, похожая на земную. Однако появляется все больше свидетельств того, что условия, необходимые для зарождения жизни, могут существовать в совершенно иной среде — в высококислотных облаках, окутывающих Венеру.
|
|
|
|
Эти облака на 98% состоят из серной кислоты, которая, по мнению ученых, слишком кислая для того, чтобы в ней могли сохраняться сложные биологические молекулы. Однако в новом исследовании ученые из Массачусетского технологического института показали, что короткие пептиды могут не только оставаться стабильными в этих чрезвычайно кислых условиях, но и принимать такие формы, которые позволяют им выполнять биологические функции.
|
|
|
|
«Если пептиды попадут в этот слой облаков с высокой концентрацией серной кислоты, они останутся там и будут стабильно сохраняться в этих каплях. А если у этих макромолекул есть определенная трехмерная структура, они потенциально могут выполнять какую-то функцию», — говорит Мэй Хонг, профессор химии в Массачусетском технологическом институте и один из старших авторов нового исследования.
|
|
|
|
Полученные данные свидетельствуют о том, что в поисках жизни учёные не должны исключать из рассмотрения планеты, которые не похожи на Землю, говорит Сара Сигер, профессор планетарных наук на кафедре наук о Земле, атмосфере и планетах, а также профессор на кафедрах физики и аэронавтики и космонавтики.
|
|
|
|
|
|
|
«На самом деле мы не знаем, какие ещё существуют планетарные архетипы. Мы ищем экзопланеты, которые могли бы быть настоящими двойниками Земли, но что, если все они похожи на Венеру? Наши результаты определённо открывают целый спектр возможностей», — говорит Сигер, ещё один старший автор исследования. В сентябре она присоединится к преподавательскому составу Университета Торонто.
|
|
|
|
Януш Петковски, доцент Вроцлавского технологического университета, также является одним из старших авторов статьи, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
|
|
|
|
Цзя И Чжан, аспирантка Массачусетского технологического института, — ведущий автор статьи, а бывший постдок Массачусетского технологического института Аурелио Дрегни также является одним из авторов.
|
|
Выживание в суровых условиях
|
|
|
|
Хотя поверхность Венеры слишком горячая для зарождения жизни, в облачном слое, который простирается на 48–64 километра (30–40 миль) над поверхностью планеты, температура более умеренная и может быть пригодной для жизни. Облака состоят из капель серной кислоты, которая растворяет металлы и разрушает большинство биологических молекул на Земле.
|
|
|
|
Метеориты, содержащие пептидные строительные блоки, регулярно попадают в атмосферу Венеры, что повышает вероятность того, что эти пептиды могут служить строительным материалом для простых форм жизни, если они смогут выжить в агрессивной среде облаков.
|
|
|
|
В 2020 году лаборатория Сигер начала серию исследований, направленных на изучение того, могут ли различные типы биологических молекул сохраняться в таких высококислотных условиях. В ходе первых экспериментов, проведённых совместно с Центром химического оборудования Массачусетского технологического института (DCIF), они использовали спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР), которая измеряет магнитные свойства атомных ядер в молекулах, для анализа структуры различных молекул в растворе почти чистой серной кислоты.
|
|
|
|
Эти исследования показали, что нуклеиновые кислоты, строительные блоки ДНК, могут сохраняться в высококислотной среде, как и липиды и аминокислоты. Следующим шагом было выяснить, могут ли пептиды — короткие цепочки аминокислот — сохраняться в таком виде и, что еще важнее, могут ли они принимать форму, которая позволит им выполнять биологические функции.
|
|
|
|
Для решения этой непростой задачи исследователи из DCIF предложили Сигер объединить усилия с Хонг, экспертом в области ЯМР-спектроскопии, в лаборатории которой есть современный спектрометр ЯМР-спектроскопии растворов с частотой 800 МГц.
|
|
|
|
К своему удивлению, исследователи обнаружили, что пептиды, которые они изучали, оставались стабильными в течение многих недель. По их мнению, это связано с отсутствием воды в таких высококислотных растворах. В 98-процентной серной кислоте очень мало молекул воды, а значит, гидролиз — химическая реакция, в ходе которой в кислой среде разрываются пептидные связи, — невозможен.
|
|
|
|
«Без воды кислота, которую можно было бы считать агрессивным растворителем, внезапно оказывается не такой опасной, как можно было бы подумать», — говорит Хонг.
|
|
|
|
Убедившись, что пептиды не разрушаются, исследователи начали изучать их структуру. Один из проанализированных ими пептидов, молекула, известная как HHQ, представляет собой синтетический пептид из семи аминокислот, который Хонг ранее изучала на предмет его роли в формировании каталитических амилоидных фибрилл.
|
|
|
|
В воде этот пептид образует плоские бета-листы, которые в конечном итоге формируют длинные фибриллы. Однако исследователи обнаружили, что в концентрированной серной кислоте он принимает совершенно другую форму — петлю в виде греческой буквы «омега». Такие так называемые омега-петли иногда встречаются в некоторых природных белках, где они образуют связи между другими структурными элементами, такими как листы или спирали.
|
|
|
|
Два других пептида, которые исследовали учёные, представляли собой более длинную вариацию HHQ под названием HHQ13 и совершенно другой пептид под названием K7, состоящий из семи аминокислот. Эти пептиды также образовывали омега-петли в серной кислоте.
|
|
|
|
Исследователи полагают, что молекулы серной кислоты служат своеобразным каркасом для петель, проникая в центр каждой петли и удерживая её в таком положении.
|
|
|
|
«Мы не знали, что пептиды могут так хорошо сохраняться и принимать определённую трёхмерную форму в кислой среде», — говорит Хонг.
|
|
|
|
Структура и функции
|
|
|
|
Считается, что в природных белках, находящихся в водном растворе, омега-петли играют роль в сворачивании белка и молекулярном распознавании. Неизвестно, могут ли они выполнять другие биологические функции. Однако тот факт, что пептиды могут образовывать чётко выраженные свёрнутые структуры в кислой среде, является важным доказательством того, что пептиды могут выполнять биологические функции в таких условиях.
|
|
|
|
«Для жизни нужны белки особой формы, чтобы они могли прикрепляться к определенной мишени и выполнять свою функцию. До этого считалось, что пептиды не могут существовать в серной кислоте, поэтому тот факт, что пептиды не только стабильны, но и способны сворачиваться, — это очень важное открытие», — говорит Сигер, возглавляющая проект «Миссии “Утренняя звезда” на Венеру».
|
|
|
|
Теперь Сигер надеется провести дополнительные исследования молекулы под названием пептидная нуклеиновая кислота (ПНК) — искусственно синтезированной молекулы, похожей на ДНК, но с пептидным, а не сахарофосфатным остовом. Ранее ее лаборатория показала, что эта молекула, которая не встречается в природе на Земле, но может стать потенциальной альтернативой ДНК, стабильна в виде одноцепочечной структуры в сильнокислой среде. Теперь Сигер надеется изучить стабильность двухцепочечной ПНК.
|
|
|
|
Исследователи также планируют проанализировать более длинные пептиды, чтобы выяснить, могут ли они принимать форму омега-петли или другие структуры в высококонцентрированной серной кислоте.
|
|
|
|
Источник
|
