Powerfull Supercomputer Peer Ke Asal Kehidupan

(Credit: Image courtesy of DOE Ridge / Oak National Laboratory)

Livejurnal69 - Supercomputer simulasi di Departemen Energi's Oak Ridge National Laboratory membantu ilmuwan mengungkap bagaimana asam nukleat saja dapat memberikan asal usul kehidupan.

Sebuah tim peneliti dipimpin oleh Jeremy Smith, yang mengarahkan ORNL Center for Molekul Biofisika dan memegang Gubernur Kursi di University of Tennessee, digunakan simulasi molekul dinamika untuk menyelidiki suatu reaksi kimia organik yang mungkin telah penting dalam evolusi asam ribonukleat atau RNA, ke bentuk kehidupan awal.

Beberapa jenis RNA yang disebut ribozim mampu baik menyimpan informasi genetik dan reaksi kimia katalisator - dua fitur yang diperlukan dalam pembentukan kehidupan. Tim peneliti melihat sebuah ribozyme laboratorium-tumbuh yang mengkatalisis reaksi Diels-Alder, yang memiliki aplikasi luas dalam kimia organik.

"Hidup berarti membuat molekul yang memperbanyak diri, dan membutuhkan molekul dan cukup kompleks untuk melakukannya," kata Smith. "Jika ribozyme seperti Diels-Alderase mampu melakukan kimia organik untuk membangun molekul kompleks, maka berpotensi sesuatu seperti itu bisa saja hadir untuk menciptakan blok bangunan kehidupan."

Tim peneliti menemukan penjelasan teoretis untuk mengapa ribozyme Diels-Alder membutuhkan magnesium untuk berfungsi. model komputasional dari gerakan internal ribozyme itu memungkinkan para peneliti untuk menangkap dan memahami perincian yang lebih bagus dari reaksi cepat. Sifat statis teknik eksperimental konvensional seperti kimia menyelidik dan analisis X-ray belum bisa mengungkapkan dinamika sistem.

"Komputer simulasi dapat memberikan wawasan ke dalam sistem biologi bahwa Anda tidak bisa mendapatkan dengan cara lain," kata Smith. "Karena struktur ini berubah begitu banyak, aspek dinamis sulit dipahami, tetapi simulasi adalah cara yang baik untuk melakukannya."

Smith menjelaskan bagaimana perhitungan mereka menunjukkan bahwa dinamika internal ribozyme sudah termasuk sebuah situs aktif, atau "mulut," yang membuka dan menutup untuk mengontrol reaksi. Konsentrasi ion magnesium langsung dampak gerakan ribozyme itu.

"Ketika ada tidak hadir magnesium, menutup mulut, substrat tidak bisa masuk, dan reaksi tidak dapat berlangsung. Kami menemukan bahwa ion magnesium mengikat ke lokasi khusus di ribozyme untuk menjaga mulut terbuka," kata Smith .

Penelitian ini diterbitkan sebagai "Magnesium-Dependent Aktif-Situs konformasi Seleksi di Ribozyme Diels-Alderase" dalam Journal of American Chemical Society. Tim peneliti termasuk Tomasz Berezniak dan Mai Zahran, yang mahasiswa pascasarjana Smith, dan Petra Imhof dan Andres Jäschke dari University of Heidelberg.

Penelitian Smith didukung oleh Laboratorium Sutradara Penelitian dan Pengembangan pendanaan program. Sebagian besar dilakukan simulasi pada superkomputer Kraken di UT / ORNL National Institute for Computational Ilmu Pengetahuan, didukung oleh alokasi National Science Foundation Teragrid, dan data yang dihasilkan dianalisis di Heidelberg Linux Cluster System di Pusat interdisipliner for Scientific Computing dari University of Heidelberg.