Возникновение трансляции обычно представляют как внезапную сборку рибосомы. Этот слайд идёт другим путём: он начинается с пребиотического изобилия аминокислот и задаётся вопросом, частью какой организации более высокого порядка должен был быть первый аппарат трансляции.
От пребиотической химии к первому алфавиту
Моделируемый пребиотический синтез (эксперименты по типу Миллера) и органический состав метеорита Мёрчисон сходятся на ограниченном семействе алифатических аминокислот. Вместо равномерной смеси выходы и abundances в метеорите сильно смещены: доминирует глицин, за ним следуют аланин, аспарагиновая кислота и валин. Эта асимметрия — сырьё, из которого мог быть составлен первый генетический алфавит.
Порядок изобилия и первые кодоны GC-рамки
Порядок Gly > Ala > Asp > Val используется для упорядочивания первых назначений кодонов GC-рамки. Кодоны, собранные из G и C, отображаются сначала на самые простые и распространённые аминокислоты, так что химическое изобилие и ранняя схема кодирования согласуются. При таком прочтении древнейшая система кодирования является богатой GC, а её назначения — следствием доступности, а не случая.
Проблема нуклеации гиперцикла
Гиперцикл ведёт себя иначе, чем одиночный автокаталитический репликатор. Один репликатор в принципе может начаться с единственной копии матрицы; циклическая сеть — нет, поскольку замыкание петли требует одновременного присутствия всех её участников. Поэтому первый аппарат трансляции — не изолированное молекулярное изобретение. Он должен собираться постепенно из богатого GC квазивида, причём мутация и отбор шаг за шагом добавляют и совершенствуют его компоненты, пока цикл не замкнётся.
Неподвижные точки двухкомпонентного гиперцикла
Анализ неподвижных точек двухкомпонентного гиперцикла показывает, что результат зависит от относительных констант связывания связывающих компоненты. Возникают три качественных режима: прямая конкуренция, при которой один компонент вытесняет другой; отбор одного из компонентов в зависимости от начальных условий; и взаимная гиперциклическая стабилизация, при которой каждый компонент усиливает другой. Только последний режим поддерживает аппарат, сопряжённый с трансляцией, поскольку именно в этом случае репликация РНК и синтез пептидов усиливают друг друга, а не конкурируют.
Трансляция как порог, а не изобретение
Складывающаяся картина такова: первый аппарат трансляции — это порог в гиперциклической системе связывающей репликацию РНК, синтез пептидов и каталитическое замыкание. Направляющий вопрос — XI. Как запустить трансляцию? Приведённая выше схема отвечает на него: отправная точка — химическое изобилие, а конечная — самоподкрепляющийся цикл, достигаемый через мутацию, отбор и достаточное связывание.
Пребиотические аминокислоты и первый аппарат трансляции
Поэтапная схема связывает первичное изобилие аминокислот (данные синтеза по типу Миллера и метеорита Мёрчисон) с первым аппаратом трансляции. Она проходит через порядок изобилия Gly > Ala > Asp > Val, древнейшие назначения кодонов GC-рамки, богатый GC квазивид, проблему нуклеации гиперцикла и режимы неподвижных точек двухкомпонентного цикла, завершаясь аппаратом трансляции, удерживаемым вместе репликацией РНК, синтезом пептидов и каталитическим замыканием.
