Редкий «амбидекстровый» белок нарушает правила руки

Большинство белков являются левшами, но ученые нашли древнюю молекулу, которая работает в обеих зеркальных формах.

Ученые обнаружили древний белок, который обладает редким свойством «амбидекстральным» — он может функционировать в зеркальных формах. Молекула может быть пережитком времени, когда на Земле существовала жизнь, основанная на молекулах зеркального отражения.

Многие химические вещества имеют хиральность и могут существовать в двух зеркальных формах. Но строительные блоки жизни, как правило, прилипают к одному или другому. Сахара в нуклеиновых кислотах, таких как ДНК, являются правыми, что приводит к тому, что двойная спираль ДНК скручивается вправо, если вы смотрите вниз по ее оси, в то время как аминокислоты, которые создают белки, являются левыми.

Ученые считают, что предпочтение правой ДНК и леворуким белкам могло бы помочь сохранить стабильность и функцию биомолекул в ранней эволюции жизни.

Лиам Лонго, историк белков в Токийском институте наук о Земле и жизни, изучал фрагмент белка, или пептид, который распознает нуклеиновые кислоты и обычно встречается в ферментах для восстановления ДНК. Он заметил, что структура была симметричной вокруг центральной оси, и подозревал, что как леворукая, так и правая версии белка могут связываться с ДНК.

Симметричный сегмент, называемый мотивом спирали-волос-спираль, распространен в белках, которые могут манипулировать и связывать ДНК и РНК, и встречается через дерево жизни, что говорит о том, что он существовал у ранних предков всех клеток, говорит Лонго.

Вперед, назад, в эту сторону, в ту сторону

Чтобы проверить свое предчувствие об амбидекстерности молекулы, Лонго и его коллеги создали «правые» версии пептида, включая «предковую» форму, потенциально похожую на ту, что найдена у последнего универсального общего предка (LUCA) современных клеток.

Зеркальные пептиды связывались с ДНК почти так же, как и их близнецы, и обычные леворукие версии смогли связать зеркальную ДНК. Дальнейшие эксперименты показали, что как левша, так и правша версии захватили молекулы ДНК аналогичным образом. Исследование, описывающее это явление, опубликовано1 в Angewandte Chemie.

Почему белковая структура амбидекстрона, далеко не ясно, говорит Лонго. Наиболее вероятной причиной является то, что мотив эволюционировал для связывания ДНК в множественных конформациях, и амбидекстерность является следствием этой гибкости.

"Есть также безумное объяснение", - говорит Лонго. Мотив мог развиться, когда на Земле существовала «зеркальная жизнь», содержащая леворукие нуклеиновые кислоты и правые белки. «Это полностью изменило бы то, что мы думаем об экологии времен до LUCA. Это какая-то дикая вещь", - добавляет он. Если амбидекстерность является общей чертой других древних белков, связывающих ДНК и РНК, это может поддержать идею.

"Это не необоснованная гипотеза", - говорит Майкл Кей, пептидно-белковый биохимик из Университета Юты в Солт-Лейк-Сити, но будет трудно найти подтверждающие доказательства.

Кей считает, что универсальный характер мотива — он распознает химические сигнатуры, обнаруженные как в левой, так и в правой ДНК — объясняет его амбидекстерность. В 2014 году команда Кей описала еще один амбидекстрный белок: тот, который распознает сотни других белков и помогает им правильно складываться.

Независимо от того, существовала ли зеркальная жизнь в прошлом Земли, она может быть особенностью будущих клеток. В прошлом году группа ученых выделила потенциальные риски создания зеркальной жизни, стремление, которое, по их словам, было по крайней мере десятилетием3. Амбидекстровые молекулярные особенности, такие как мотив спирали-волос-спирали, могут служить мостом между естественной и зеркальной биологией, добавляет Лонго. «Мы на пути столкновения с зеркальной жизнью».