2023 Հեղինակ: Sophia Otis | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-05-21 01:49
Հավայիի համալսարանի հետազոտական թիմը հին միկրոօրգանիզմների մեջ հայտնաբերել է միոգլոբինանման սպիտակուցների նոր դաս: Կենդանիների մոտ միոգլոբինը (գտնվում է մկաններում) և նրա մերձավոր հարաբերական հեմոգլոբինը (արյան կարմիր բջիջների հիմնական սպիտակուցը) էական դեր են խաղում թթվածնի տեղափոխման և պահպանման գործում: Նոր հայտնաբերված սպիտակուցները կարող են լինել սպիտակուցների էվոլյուցիոն նախնիները, որոնք ներգրավված են թթվածնի ընկալման, ինչպես նաև տեղափոխման և պահպանման մեջ:
Գտածոները, որոնք հրապարակվել են բրիտանական Nature ամսագրի փետրվարի 3-ի համարում, ևս մեկ կտոր են ավելացնում այն գլուխկոտրուկին, թե երբ և ինչպես է առաջացել և զարգացել կյանքը երկրի վրա:
Հետազոտական թիմը, որն արել է այս բացահայտումը, գլխավորում են Մաքսուդուլ Ալամը՝ մանրէաբանության դոցենտ, և Ռենդի Լարսենը՝ քիմիայի դոցենտ, երկուսն էլ Հավայան կղզիների համալսարանի Մանոայի բնական գիտությունների քոլեջում: Նրանց թիմը կլոնավորեց այս սպիտակուցներն արտահայտող գեները, որոնք հետո մաքրվեցին և բնութագրվեցին: Հինավուրց Halobacterium salinarum միկրոօրգանիզմից նոր հայտնաբերված սպիտակուցները և Bacillus subtilis մանրէները ունեն նմանատիպ հատկություններ: Այս սպիտակուցները օգնում են զգալ թթվածինը, ինչը թույլ է տալիս օրգանիզմին գտնել ավելի բարենպաստ թթվածնային միջավայր:
«Այս սպիտակուցները կարող են օգնել հասկանալու, թե ինչպես են զգայական համակարգերը զարգացել ավելի բարձր օրգանիզմներում», - ասում է Ալամը՝ Nature թերթի գլխավոր հեղինակը: Բջիջները պետք է անընդհատ զգան իրենց փոփոխվող միջավայրը, մեկնաբանեն սենսացիան և հարմարվեն նոր միջավայրին: Բազմաբջջային օրգանիզմներում (ներառյալ մարդկանց) զգայությունն իրականացվում է հատուկ զգայական օրգանների, ինչպես նաև այդ տեղեկատվությունը օրգանիզմի այլ մասերին փոխանցելու բարդ մեխանիզմների միջոցով:
«Երկրի մթնոլորտում թթվածնի առկայությունը մոտ 1-2 միլիարդ տարի առաջ և՛ օրհնություն էր, և՛ անեծք», - ասում է Ալամը: Թթվածինը էներգիայով հարուստ մոլեկուլ է, որը կարող է էներգիայի աղբյուր ապահովել բջջային ֆունկցիայի համար: Այնուամենայնիվ, թթվածինը կարող է նաև շատ թունավոր լինել: Բակտերիաների բջիջների խնդիրն այն է, որ զգալ, գրավել և պահպանել թթվածինը էներգիայի արտադրության համար՝ առանց վտանգավոր կողմնակի ազդեցությունների: Նոր հայտնաբերված հեմ սպիտակուցները, կարծես, պատասխանատու են թթվածնի ընկալման համար: Halobacterium salinarum և Bacillus subtilis պարունակում են նաև այլ հեմ սպիտակուցներ, որոնք թթվածինը վերածում են բջջի համար օգտագործելի էներգիայի:
«Այս բացահայտումը խթանում է ջանքերը՝ պարզելու, թե երբ և որտեղ է տեղի ունեցել էվոլյուցիոն բաժանումը բույսերի, կենդանական և բակտերիաների միջև, ինչպես նաև, թե ինչպես են ստացված սպիտակուցները տարբեր տեսակների մեջ զարգացրել հատուկ գործառույթներ», - բացատրում է Ալամը: «Բացի այդ, այն կարող է հուշել, թե երբ և ինչպես է սկսվել կյանքը և ուղիներ տրամադրել՝ հետագծելու կյանքի ներկայությունը Տիեզերքում այլուր:«
Հետազոտական թիմը ներառում է Հավայան կղզիների համալսարանի մանրէաբանության ամբիոնի ասպիրանտներ Շաոբին Հոուն և Ուեսլի Ռայլին: Այս նախագծի մյուս համագործակիցները ներառում էին պրոֆեսոր Ջորջ Օրդալը և ասպիրանտներ Էջե Կարատան և Մայք Զիմմերը՝ Իլինոյսի համալսարանի կենսաքիմիայի ամբիոնից, Ուրբանա, և Հավայան կղզիների համալսարանի նախկին հետդոկտոր Դմիտրի Բուդկոն: Հետազոտության ֆինանսավորումը տրամադրվել է Ազգային գիտական հիմնադրամի ԿԱՐԻԵՐԱՅԻ դրամաշնորհով:
Հեմոգլոբինի էվոլյուցիան. նախապատմություն
ՀԻՆ ՊԱՏՄՈՒԹՅՈՒՆ
Մոտ 3,8 միլիարդ տարի առաջ երիտասարդ Երկիր մոլորակի վրա հայտնվեցին առաջին օրգանիզմները: Նրանք կարողացան օգտագործել ջրի գոլորշին, ազոտը, մեթանը և ամոնիակը, որոնք կազմում էին Երկրի մթնոլորտը սննդի և էներգիայի համար, հավանաբար այն գործընթացի միջոցով, որը հեշտացնում կամ կատալիզացվում է մետաղների կողմից, ինչպիսիք են երկաթը և մագնեզիումը::
3,3-ից 3,5 միլիարդ տարի առաջ ի հայտ են եկել ցիանոբակտերիաներ (կապտականաչ ջրիմուռներ): Այս միաբջիջ օրգանիզմներն ունեին արևից ստացվող էներգիան քիմիական էներգիայի վերածելու հատկություն՝ ֆոտոսինթեզի միջոցով՝ օգտագործելով ջրածնի սուլֆիդը (H2S):
1-ից մինչև 2 միլիարդ տարի առաջ որոշ բակտերիաներ հարմարվել են ֆոտոսինթեզում ջուրը (H2O) օգտագործելու համար: Թթվածինը, որը թողարկվում է որպես H2O ֆոտոսինթեզի կողմնակի արտադրանք, հայտնվել է Երկրի մթնոլորտում։
Մոտ 500 միլիոն տարի առաջ հեմոգլոբինը և միոգլոբինի սպիտակուցները զարգացան:
ԹԹՎԱԾՆԻ ՆՇԱՆԱԿՈՒԹՅՈՒՆԸ
Թթվածինը էներգիայով հարուստ կյանքի հիմք; այն նաև թունավոր է որոշ բջիջների բաղադրիչների համար: Թթվածին կապելու ունակությամբ մոլեկուլները, որոնք հայտնի են որպես հեմոպրոտեիններ, կարող են սկզբում խաղացել սեկվեստրային դեր՝ պաշտպանելով իրենց հյուրընկալող բջիջները O2 տոքսինից: Գիտնականները կարծում են, որ այս հեմոպրոտեինների դերը ի վերջո ընդլայնվեց՝ ապահովելով շնչառության մեջ օգտագործվող թթվածնի գրավման, տեղափոխման և պահպանման մեխանիզմ:
ՏԵՍԱՆՔ-ՆԱՍՆԱԿԻՑ
Ողնաշարավորների, անողնաշարավորների, բույսերի, բակտերիաների և որոշ այլ միաբջիջ օրգանիզմների թթվածնի հետ աշխատող սպիտակուցները բոլորը կապված են: Կենդանական, բույսերի և բակտերիաների հեմոգլոբինները զգալիորեն նման են ինչպես կառուցվածքով, այնպես էլ ամինաթթուների հաջորդականությամբ, որոնցից նրանք կառուցված են:Հատկանշական նմանությունը ցույց է տալիս, որ նախնիների օրգանիզմում առկա էր ընդհանուր նախնի սպիտակուցը նախքան էվկարիոտների (միջուկ պարունակող բույսերի և կենդանական բջիջների) էվոբակտերիալ կյանքի ձևերից էվոլյուցիոն տարբերությունը: Փոխվել է նրանց գործառույթի կարգավորումը՝ երբ և ինչպես են նրանք գործում։
Ապացույցը, որ գոյություն ունի ընդհանուր նախահայր սպիտակուց (որը առաջարկվում է Nature թերթի կողմից) գիտնականներին թույլ կտա ուսումնասիրել և՛ էվոլյուցիոն բաժանումը, և՛ ինչպես են տեղի ունեցել սպիտակուցի փոփոխությունները: Հետազոտողները ուսումնասիրում են էվոլյուցիան՝ հետևելով գենետիկական կոդավորման փոփոխության քանակին և հաջորդականությանը հատուկ հատկանիշների համար: Հեմոպրոտեինի դեպքում, էվոլյուցիոն հետքի որոշումը կհետևի, թե երբ է տեղի ունեցել բույս/կենդանի և էվբակտերիաների բաժանումը, և թե ինչպես են կարգավորման փոփոխությունները առաջացրել հեմոգլոբինների տարբեր գործառույթները տարբեր տեսակների մեջ:
ՍԱՀՄԱՆՈՒՄՆԵՐ
Միոգլոբինը, որը հեմոգլոբինների ընտանիքի անդամ է, որը հանդիպում է ողնաշարավորների մոտ, մկաններին տալիս է կարմիր գույն: Այն պահում է թթվածին մկանների օգտագործման համար:
Հեմոգլոբինը արյան սպիտակուց է, որը կարմիր արյան բջիջներին տալիս է իրենց գույնը: Այն կապում է թթվածինը և այն մատակարարում ամբողջ մարմնի հյուսվածքներին: Այն նաև հանդիպում է որոշ բույսերի արմատային հանգույցներում։
Aerotaxis transducers-ը կոչվում է նոր սպիտակուց, որը հայտնաբերված է բակտերիաներում և արխեաներում, ինչը ցույց է տալիս, որ այն կապված է օդի և շարժման հետ: Միոգլոբինանման սպիտակուցը պարունակում է և՛ զգայական մոդուլ, որը հայտնաբերում է թթվածնի առկայությունը, և՛ հաղորդիչ, որը ազդանշան է տալիս օրգանիզմին արձագանքելու համար:
Archaea, որը նշանակում է հնագույն, այսպես է կոչվում թագավորությունը, որը պարունակում է միկրոօրգանիզմներ, որոնք ապրում են կոշտ միջավայրում (ներառյալ վաղ Երկիրը): Մյուս երկու թագավորություններն են Էուկարիոտները, որոնք ներառում են բույսերն ու կենդանիները, և բակտերիաները։
Աղբյուրներ՝
«Հեմոգլոբինի էվոլյուցիան»՝ Ռոս Հարդիսոնի՝ Փենսիլվանիայի պետական համալսարանի կենսաքիմիայի և մոլեկուլային կենսաբանության ամբիոնի պրոֆեսոր, հրատարակված American Scientist-ում (հատոր 87, մարտ-ապրիլ 1999)
