A significant boost to the protoribosome theory - a tiny molecular pocket made of RNA that appeared in the ancient soup and encouraged connections between amino acids
An act that was (maybe) like this: a few billion years ago, there was no biology yet. That is, there were chemical compounds and processes, but life had not yet appeared. Then there was a twist in the plot: among the multitude of randomly formed chemical structures in the ancient soup, a tiny molecular pocket was found built from RNA and perfectly suited in shape to the spatial arrangement of molecules called amino acids so that they could form bonds between them. This paved the way for the production of essential molecules for sustaining life on earth: the proteins. From hormones, enzymes and antibodies to structural components of cells and tissues: tens of thousands of proteins play countless necessary roles in every living being.
Prof. Ada Yonath And the members of her group at the Weizmann Institute of Science showed that this ancient pocket has been preserved throughout hundreds of millions of years of evolution and is found to this very day within the ribosomes of every living cell - from bacteria and plants to humans. Recently They presented a significant boost to their theory through a unique experiment.
התיאוריה מאחורי המחקר הנוכחי נולדה לפני כ-20 שנה, בזמן שפרופ' יונת שקדה על פיצוח המבנה והתפקוד של הריבוזום – בית החרושת של התא לייצר חלבונים – עבודה שעליה זכתה לימים בפרס נובל לכימיה לשנת 2009. "גילינו באותה התקופה מאפיין מבני מפתיע של הריבוזום", מספרת ד"ר ענת בשן, מדענית סגל בכירה במעבדתה של פרופ' יונת במחלקה לביולוגיה מבנית וכימית. "אף שהריבוזום הוא מולקולת ענק שאינה סימטרית, בלבו שוכנים שני רכיבים היוצרים יחדיו מעין כיס כמעט סימטרי לגמרי".
"הופתענו לגלות שכיס כזה מצוי בריבוזומים של כל היצורים החיים", אומרת פרופ' יונת, "ושליבת הפעילות של הריבוזום מתרחשת בתוכו: נוצרים בו הקשרים בין אבני הבניין של החלבונים – חומצות האמינו – על-פי הסדר המוכתב בצופן הגנטי".
The scientists called the pocket-like structure a pre-ribosome or protoribosome. They hypothesize that it is the ancestor of all modern ribosomes, and that it was created as an autonomous molecular body in an ancient era, before the appearance of life on Earth, and was preserved as an intra-ribosomal region throughout evolution due to its importance and efficiency. The protoribosome is tiny compared to the size of the ribosome: it consists of RNA molecules containing about 120 nucleotides - less than 5% of the current size of the ribosome, which consists of about 4,500 nucleotides in bacteria or about 6,000 nucleotides in humans.
ייתכן שכשם שהפרוטוריבוזום נוצר באקראי, נוצרו אי אז במרק הקדום גם אין-ספור מולקולות אחרות, אך מבנהו הייחודי של הפרוטוריבוזום הביא לכך ששרד ואף השתכפל. מבנה זה עודד חיבור בין שתי חומצות אמינו שנקלעו למקום. בהמשך הדרך נוספו לשרשרת עוד ועוד חומצות אמינו והחלה יצירת חלבונים קצרים (פפטידים). חלק מאותם חלבונים אקראיים שנוצרו התגלו כיעילים בייצוב ובהגדלה של הפרוטוריבוזום עצמו, ובכך עזרו לו להתפתח בהדרגה לבית-החרושת המתוחכם לייצור חלבונים שהוא כיום. "הריבוזום בן זמננו הוא מעין בצל, המכיל במרכזו את הפרוטוריבוזום וסביבו שכבות שנוספו במהלך האבולוציה", אומרת פרופ' יונת.
The production of proteins in ribosomes has been perfected over time, and today these are sophisticated molecular machines built from thousands of amino acids and produced in the ribosome according to the instructions encoded in DNA.
לאורך השנים זכתה תיאוריית הפרוטוריבוזום לחיזוקים שונים, אך במחקר חדש בהובלת ד"ר טניה בוס, חוקרת בתר-דוקטוריאלית במעבדתה של פרופ' יונת, ערכו המדענים ניסוי המדמה את אותו רגע קדום של הופעת המכונה המולקולרית המחברת בין חומצות אמינו במרק הקדום. לשם כך יצרו תחילה ד"ר בוס ועמיתיה את המבנה האוניברסלי דמוי הכיס, כפי שהוא מצוי בריבוזומים של חיידקים. על בסיס מבנים אלה יצרו המדענים פרוטוריבוזומים סינתטיים במעבדה, וערבבו אותם עם חומצות אמינו, מלחים שונים וכימיקלים נוספים. לאחר מכן הם בחנו את התוצרים שהתקבלו באמצעות ספקטרומטריית מאסות ושיטות נוספות. הפרוטוריבוזומים שיוצרו במעבדה סיפקו את הסחורה – הם נמצאו יציבים והיה להם את המבנה הדרוש ליצירת קשרים בין חומצות אמינו. "יצירת קשרים בין חומצות אמינו, כלומר ייצור החלבונים, הינה הפעולה החיונית ביותר בכל תא, ואנחנו הראינו כי היא יכולה להתרחש בתוך הפרוטוריבוזום", אומרת ד"ר בוס.
"ייתכן שמצאנו את החוליה החסרה בין העולם הקדם-ביולוגי ובין עולם החלבונים וחומצות הגרעין, האר-אן-אי והדי-אן-אי, כלומר – העולם הביולוגי המוכר לנו כיום", מסכמת ד"ר בשן. ומה לגבי חומצות האמינו – מניִן הן באו? ייתכן שהן נוצרו על-פני כדור-הארץ, ייתכן שהגיעו מהחלל החיצון באמצעות אסטרואידים, כפי שסבורים חלק מהמדענים, אך המקור שלהן שייך כבר לסיפור אחר.
במחקר השתתפו גם ד"ר גיל פרידקין מהמכון למחקר ביולוגי בישראל; ד"ר אילנה אגמון מהטכניון – מכון טכנולוגי לישראל; ד"ר חן דוידוביץ' מאוניברסיטת מונש במלבורן, אוסטרליה, ד"ר מירי קרופקין, ניקיטה דינגר וד"ר אלה פלקוביץ מהמחלקה לביולוגיה מבנית וכימית של מכון ויצמן למדע; וד"ר יואב פלג מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים של המכון.
More of the topic in Hayadan:
