شیمی بیوشیمیایی سرد قوانین زندگی را تغییر می‌دهد

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ یک مطالعه اخیر شیمی بیوشیمیایی جدیدی را برای عملکرد‌های RNA در دما‌های پایین شناسایی کرده است.

شیمی بیوشیمیایی جدید RNA در دما‌های پایین

RNA از پیوند مولکول‌های ریبوز (یک مونو ساکارید) با گروه‌های فسفات تشکیل می‌شود که به چهار نوع پایه نیتروژنی، شامل آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و یوراسیل (U) متصل می‌شود. توالی پایه‌ها و ساختار سه‌بعدی RNA عوامل تعیین‌کننده در تنوع عملکرد‌های این مولکول هستند.

تیم تحقیقاتی با استفاده از باز شدن مکانیکی RNA، به‌طور دقیق‌تری فرم‌های مختلف RNA را هنگام تا شدن بررسی کردند.

فلیکس ریتورت، رئیس آزمایشگاه سیستم‌های زیستی کوچک در بخش فیزیک مواد متراکم دانشگاه بارسلونا، گفت: «ساختار‌های تا شده مولکول‌های بیولوژیکی، از DNA تا RNA و پروتئین‌ها، عمل بیولوژیکی آنها را تعیین می‌کند. بدون ساختار، عملکردی وجود ندارد و بدون عملکرد، زندگی وجود ندارد.»

این مطالعه نشان می‌دهد که توالی‌های RNA که ساختار‌های مویی را ایجاد می‌کنند، شروع به پذیرش ساختار‌های جدید و فشرده در زیر ۲۰ درجه سانتی‌گراد می‌کنند.

ریوتورت گفت: تمام مولکول‌های RNA مورد مطالعه ساختار‌های جدید غیرمنتظره‌ای را در دما‌های پایین نشان می‌دهند. ما دامنه دما‌هایی بین +۲۰ درجه سانتی‌گراد تا -۵۰ درجه سانتی‌گراد را شناسایی کردیم. در زیر +۲۰ درجه سانتی‌گراد، تعاملات ریبوز-آب شروع به اهمیت پیدا کردن می‌کند و حداکثر پایداری RNA در +۵ درجه سانتی‌گراد، جایی که چگالی آب بیشینه است، به‌دست می‌آید. در زیر ۵ درجه سانتی‌گراد، پایداری جدید RNA تحت تأثیر تعاملات ریبوز-آب تا -۵۰ درجه سانتی‌گراد تعیین می‌شود، جایی که RNA دوباره باز می‌شود و پدیده دناتوراسیون سرد رخ می‌دهد.

مقاله فرض می‌کند که این دامنه دما جهانی و مشترک برای تمام مولکول‌های RNA است، هرچند که تحت تأثیر توالی و شرایط محیطی دیگر مانند نمک و اسیدیته محیط قرار دارد.

ریتورت گفت: این رده‌های RNA ساختار‌های ساده‌ای هستند که با تشکیل جفت‌های پایه مکمل پایدار می‌شوند، جایی که آدنین به یوراسیل (A-U) و گوانین به سیتوزین (G-C) متصل می‌شود. محققان معتقدند که این ساختار‌های جدید به دلیل تشکیل پیوند‌های هیدروژنی بین ریبوز و آب ایجاد می‌شوند که به اندازه یا بیشتر از تعاملات بین پایه‌های مکمل در RNA (A-U و G-C) وزن دارند. در واقع، این پدیده فقط در RNA مشاهده می‌شود و در DNA مشاهده نمی‌شود، جایی که پروتون در موقعیت ۲' دکسی‌ریبوز پیوند‌های هیدروژنی با آب ایجاد نمی‌کند.

برای رسیدن به نتایج خود، تیم از تکنیک اسپکتروسکپی نیروی ابزاری اپتیکی استفاده کرد که تکنیک دقیقی برای اندازه‌گیری ترمودینامیک مولکولی است. این تکنیک امکان اندازه‌گیری تغییرات انتروپی و ظرفیت حرارتی در طی تا شدن RNA‌های مختلف را فراهم کرد. بنابراین، کاهش ظرفیت حرارتی حالت تا شده در حدود ۲۰ درجه سانتی‌گراد نشان‌دهنده کاهش تعداد درجات آزادی RNA تا شده است (احتمالاً به دلیل تأثیر پیوند‌های ریبوز-آب).

فراتر از دیدگاه سنتی RNA

اما این پدیده چه تبعاتی برای بیوشیمی و عملکرد‌های بیولوژیکی RNA می‌تواند داشته باشد؟ نخستین نکته قابل توجه این است که تسلط تعاملات ریبوز-آب نشان‌دهنده تغییری در قوانین شناخته شده‌ای است که تعیین می‌کنند چگونه بیوشیمی RNA با جفت‌سازی A-U و G-C و نیرو‌های انباشت پایه به تثبیت می‌رسد.

دانشگاه بارسلونا اضافه کرد: این بیوشیمی جدیدی که در مقاله تعریف کرده‌ایم، تأثیراتی بر موجوداتی که در مناطق سرد زمین (سایکوفیلیک‌ها) زندگی می‌کنند، از مناطق کوهستانی تا آب‌های عمیق اقیانوس‌ها و مناطق قطبی در دما‌های زیر ۱۰ درجه سانتی‌گراد در فاز یخ‌زده آب‌های نمکی، دارد.

ریتورت گفت: فراتر از قوانین جفت‌سازی خاص A-U و G-C، بیوشیمی جدید RNA که توسط تعاملات ریبوز-آب تعیین می‌شود، نشان‌دهنده وجود یک بیوشیمی اولیه و ابتدایی مبتنی بر ریبوز و سایر قند‌ها است که قبل از RNA وجود داشته و ما آن را "جهان شیرین RNA" نامیده‌ایم. این بیوشیمی ابتدایی ممکن است در محیط‌های سرد در فضای وسیع در حال تکامل بوده باشد، به احتمال زیاد در اجسام آسمانی نزدیک به ستاره‌ها و تحت تأثیر چرخه‌های حرارتی گرما و سرما.

انتهای پیام/