Защо животът не може да съществува без вода

Биолози от САЩ са стигнали до извода, че уникалната роля на водата във формирането на живота се дължи на това, че тя е критично важна за коагулацията на молекулите на белтъците и придобиването на правилна форма от тях, става ясно от статия, публикувана в изданието PNAS.

„Дълго време нашите колеги се опитваха да разберат как водата взаимодейства с белтъците. Този въпрос се явява фундаментален проблем в биологията, който се отнася до това, как са устроени белтъците, доколко са стабилни, как се променят и как работят. Според нас има основания да смятаме, че водата управлява флуктуациите на белтъчните молекули на времеви периоди от порядъка на пикосекунда“, казва Дънпин Чжун от университета на Охайо в Кълъмбъс (САЩ).

Чжун и колегите му се опитали да открият отговор на „вечния“ въпрос на биологията и историята на развитието на живота на Земята – защо именно водата е станала този „разтворител“, в който се случват всички реакции в нашия организъм и във всички живи клетки. На този въпрос има множество философски отговори, но учените нямаха конкретно обяснение.

Авторите на статията са намерили един от възможните отговори, като наблюдавали кат един от най-сложните и важни белтъци в нашите клетки – ДНК полимераза – ремонтира и копира спиралите на генетичния код. Изследователите се интересували не от самия процес по събирането на молекулите на ДНК, а от движението на водните молекули около ДНК полимеразата.

Тъй като молекулите на водата и белтъка се движат много бързо, учените прибягнали до хитрост за наблюдението на тяхното движение – например те вградили в полимеразата аминокиселината триптофан, отсъстваща в нея в природата, която светила при облъчване с лазер и „осветявала“ околната вода.

Подобно светене възниква и гасне много бързо, което позволило на екипа на Чжун да следи движението на водата и молекулите на белтъка с честота 10 трилиона кадъра в секунда.

Наблюденията установили, че водата играе ключова роля в процеса на коагулация на белтъка и задържането му в необходимата форма, ограничавайки движението на „опашките“ на ДНК полимеразата в някои посоки. Това не позволява на белтъка да се разпръсне и да приеме нова, неправилна форма, в която функциите му да са нарушени. По думите на Чжун молекулите водните молекули образуват своеобразни „мрежи“, които разпределят опашките на белтъците в необходимите посоки.

Както подчертава биологът, този извод не означава, че водата притежава някаква „памет“ или „структура“ – нейното влияние върху структурата на белтъка се дължи на това, как са съединени помежду си аминокиселините и как взаимодействат помежду си и с молекулите на водата. Очевидно това свойство може да е помогнало на живота да се появи в „супата“ от аминокиселини и други строителни елементи на живота в първичния океан преди 3,5-3,8 милиарда години.