Там, где бессильна химия, поможет компьютер

Моделирование на компьютере поможет ученым понять, как нуклеиновые кислоты способствовали появлению жизни.

Ученые во главе с Джереми Смитом, руководителем Центра молекулярной биофизики Ок-Риджской Национальной лаборатории (штат Теннеси, США) применили компьютерное моделирование молекулярной динамики, чтобы исследовать реакцию органической химии, которая, возможно, была существенной в процессе эволюции рибонуклеиновых кислот или РНК в первичные формы жизни.

Определенные типы РНК под названием рибозимы способны как хранить генетическую информацию, так и ускорять химические реакции — две обязательных черты формирования жизни.

Ученые исследовали выращенные в лаборатории рибозимы, которые катализируют реакцию Дильса-Альдера (диеновый синтез), широко используемую в органической химии.

«Жизнь — это выработка молекул, воспроизводящих себя, и это весьма сложный процесс», сказал Смит. «Если рибозимы, такие как Дильс-Альдераза, способны создавать сложные молекулы, то возможно нечто подобное используется и при создании строительных блоков жизни».

Ученые обнаружили теоретическое объяснение того, почему рибоизмы Дильс-Альдера для функционирования нуждаются в магнии. Компьютерные модели внутренней активности рибозимов позволили ученым понять более тонкие моменты быстропротекающей реакции. Ведь статическая природа обычных экспериментальных методов, таких как химическое исследование и рентгеноскопический анализ, не позволяла показать динамику системы.

«Компьютерное моделирование может обеспечить такое понимание биологических систем, которого не достичь никаким другим путем», сказал Смит. «Поскольку структуры так быстро изменяются, динамические аспекты являются трудными для понимания, а моделирование — прекрасный способ сделать это».

Смит пояснил, как компьютерная модель показала, что внутренняя динамика рибозимов включает активный участок или «рот», который открывается  и закрывается в процессе контроля за реакцией. Концентрация ионов магния непосредственно влияет на движение рибозимов.

«В отсутствии магния этот рот закрыт, и субстрат не способен проникнуть внутрь, а значит и реакция останавливается. Мы выяснили, что ионы магния связаны с определенным местом на рибозимах, что позволяет держать рот открытым», сказал Смит.

Результаты исследования были опубликованы в издании Journal of the American Chemical Society. В исследовательскую группу вошли аспиранты Смита Томас Березняк и Май Захран, а также Петра Имхоф и Андреас Яшке из Гейдельбергского университета.

06.10.2010