تبلیغات
علم کیمیا - مطالعه دانشمندان درباره شکل گیری حیات سلولی ابتدایی و اولیه بر طبق مدل های شیمیایی
جمعه 12 آبان 1391  08:19 ب.ظ    ویرایش: چهارشنبه 8 آذر 1391 12:53 ب.ظ
توسط: ک ی

پژوهشگران در دانشگاه ایالت پن،مدلی شیمیایی ارایه کردند که یک گام ممکن درشکل گیری حیات سلولی روی زمین را در 4 بیلیون سال پیش شبیه سازی می کند.با استفاده از ماکرومولکول های بزرگ که پلیمر نامیده می شوند،دانشمندان نخستین ساختار سلول مانند را تشکیل دادند که  RNA  -کد ژنتیکی که تصور می شود قبل از ظهور DNA  بر روی زمین بوده-در آنها تزریق شده بود ونشان دادند که چگونه مولکول ها تحت شرایطی که در زمین اولیه حضور داشتند،واکنش های شیمیایی را انجام می دادند.مجله Nature Chemistry  این پژوهش را به عنوان نشریه آنلاین در 14 اکتبر پست کرد.

در زیست شناسی پیشرفته،تمام زندگی،به جز بعضی از ویروس ها،از DNA  به عنوان مکانیسم ذخیره ژنتیکش استفاده می کند،بر اساس فرضیه " RNA-World " ،اول RNA  بر روی زمین به وجود آمده است،که هم به عنوان ماده ذخیره کننده ژنتیک و هم به عنوان مولکول های واکنش دهنده برای کاتالیز کردن واکنش های شیمیایی به کار می رفته است،سپس DNA  و پروتئین ها  ،بعد ها نمو و تکامل پیدا کردند.برخلاف DNA ، RNA  می تواند تعداد زیادی ساختار مولکولی را بپذیرد و بنابراین ،در سطح مولکولی به طور قابل توجهی،تعاملی است.در مقاله پژوهش،دو پروفسور شیمی،Christine Keating و Philip Bevilacqua به همراه دو دانشجوی فارغ التحصیل ، Christopher Strulson و Rosalynn Molden ،یکی از رازهای آزار دهنده فرضیه "جهان RNA " را کاوش کردند.

"قطعه گمشده از پازل "جهان RNA " ،در واقع بخش بخش شدن یا همان Compartmentalization است." این را Bevilacqua گفت."این کافی نیست که فقط مولکول های ضروری که RNA را در حالت شناور می سازند،در اختیار داشته باشیم،آن ها لازم است تا بخش بخش بشوند وهمچنین لازم است تا در کنار هم باقی بمانند بدون این که به اطراف و نقاط دورتر منتشر شوند.این بسته بندی لازم است تا در فضایی کوچک و کافی اتفاق بیفتد-چیزی شبیه به سلول مدرن- زیرا یک حقیقت ساده شیمی این است که مولکول ها یکدیگر را پیدا کنند برای این که واکنش های شیمیایی اتفاق بیفتند."

برای تست کردن این که چگونه ساختارهای سلول مانند اولیه تشکیل شده اند و برای بخش بخش کردن مولکول های RNA فعالیت کرده اند،حتی در غیاب مولکول های لیپیدمانند که غشای سلول های مدرن را می سازند، Strulson و Molden ،مدل "سلول هایی" ساده و غیرزنده را در آزمایشگاه تولید کردند. "تیم ما،بخش هایی که محلول های دو نوع پلیمر-که polyethylene glycol (PEG) و dextran نامیده می شوند - را استفاده می کردند ،تهیه کردند." این را keating توضیح می دهد. "این محلول ها ،بخش های آبی غنی از پلیمر به صورت متمایز و واضح تشکیل می دهند که در آن ها مولکول ها مثل RNA می توانند در یک محل،متمرکز شوند."

اعضای تیم یافتند که وقتی یک بار RNA به داخل محفظه غنی از دکستران،به صورت فشرده بسته بندی وفرستاده شد،مولکول ها قادر خواهند بود به صورت فیزیکی به یکدیگر بپیوندند و واکنش های شیمیایی را به وجود آورند." جالبتر این که،هرچقدر که RNA فشرده تر بسته بندی شده باشد،واکنش های شیمیایی سریعتر اتفاق می افتند." این را Bevilacqua توضیح می دهد.او همچنین می افزاید: "ما متوجه افزایشی در سرعت نسبی واکنش های شیمیایی نزدیک به 70 برابر شدیم.مهمتر از همه این که،ما نشان دادیم که برای این که RNA این کار را انجام دهد-واکنش شیمیایی انجام دهد-باید به چیز محکم و سختی مثل سلول بخش بخش بشود.آزمایشات ما با سیستم های آبی دارای دو فاز (ATPS) ،نشان داده است که بعضی از مکانیسم های بخش بخش شدن ممکن است باعث به وجود آمدن کاتالیزها وتجزیه ها در محیط های نخستین و اولیه زمین بوده باشند."

Keating افزود که ،اگرچه اعضای تیم پیشنهاد نمی کنند که PEG و دکستران ،پلیمر های مخصوصی باشند که روی زمین اولیه وجود داشتند،یک سرنخ از یک مسیر قابل قبول منتهی به بخش بخش شدن-جداسازی فازها- ارایه کردند. "جداسازی فاز ها،زمانی اتفاق می افتد که انواع مختلف از پلیمر ها با غلظت های نسبتا بالا در محلول وجود داشته باشند.به جای مخلوط شدن،نمونه جدا می شود تا دو مایع متمایز و جدا از هم تشکیل دهد،مشابه وقتی که آب و روغن از هم جدا می شوند." این را keating توضیح داد.او همچنین افزود: " بخش های فازآبی که ما با پلیمر های PEG و دکستران تولید کردیم،می توانند واکنش های بیوشیمیایی را با افزایش غلظت واکنش دهنده ها،هدایت کنند.بنابراین،این امکان دارد که برخی از انواع دیگر پلیمرها،مولکول هایی بوده باشند که واکنش "بخش بخش شدن " را بر روی زمین اولیه هدایت می کردند." Strulson اضافه کرد که "علاوه بر فرضیه ی "جهان RNA " ،این نتایج ممکن است به تمرکز RNA در نقطه به خصوصی و عملکرد آن در بخش های غیر غشا در زیست مدرن نیز،مربوط باشند."

اعضای تیم همچنین یافتند که هرچه زنجیره RNA طولانی تر باشد،به صورت فشرده تری در قسمت دارای دکستران سیستم های ATPS بسته بندی می شود،درحالی که زنجیره های کوتاه تر،تمایل به خارج شدن از این قسمت ها را دارند."ما فرض کردیم که نتیجه این تحقیق ممکن است اشاره ای باشد به بعضی از انواع روش های مرتب سازی ابتدایی و اولیه" این را Bavilacqua گفت.او همچنین افزود: " همین طور که RNA کوتاه تر می شود،تمایلش به فعالیت های آنزیمی،کمتر می شود.بنابراین،در سیستم زمین اولیه، که مشابه با مدل دکستران-PEG ما می باشد،یک RNA بسیار طویل و با عملکرد بالا،دریک فاز طبقه بندی و متمرکز می شود،در حالی که RNA کوتاه تر،که نه تنها عملکرد کمتری دارد،بلکه واکنش های مهم شیمیایی را تهدید به مانع انجام شدنشان می کند،قرار داده نمی شود."

دانشمندان،امید دارند که بررسی هایشان را توسط تست کردن روش مدل سلولیشان با پلیمرهای دیگر ادامه دهند. Keating افزود: " ما علاقه مندیم به بررسی بخش بخش شدن سیستم های پلیمری که بیشتر رابطه دارند با سیستم هایی که در زمین اولیه حضور داشتند، و همچنین سیستم هایی که ممکن است در سلول های زیستی هم زمان با آن ها ،حضور داشتند،جایی که بخش بخش شدن RNA ،برای طیف وسیعی از فرآیند ها و پردازش های سلولی،مهم باقی می ماند."

بودجه این تحقیق از طرف بنیاد ملی علوم داده شده بود.

  

                

رشته های RNA با رنگ آبی و RNA های آنزیمی با رنگ قرمز در قطره های کوچک دکستران به سمت یکدیگر جذب شده اند.دانشمندان ایالت پن،نشان دادند که این بخش بخش شدن،به کاتالیز و تجزیه واکنش های شیمیایی کمک می کند.

 

منبع: http://live.psu.edu/story/61970

   


نظرات()  
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر

علم کیمیا

دانش شیمی محض