Завершающий шаг этого урока ставит намеренно острый вопрос: что уже должно было существовать, чтобы синтез пептидов и хранение информации вообще оказались сопряжены? При внимательном чтении исходный материал отвечает не «упрощённый аппарат трансляции». Ответ скорее в том, что самой ранней системой была минимальная наследуемая каталитическая система, в которой цепи РНК служили одновременно и матрицами, и адаптерами, а первыми по-настоящему незаменимыми катализаторами были репликазы — а не аминоацил-тРНК-синтетазы.

Функциональное сопряжение до появления полного аппарата

Функциональное сопряжение означает, что адаптер, несущий аминокислоту, и матрица, несущая шаблон, распознаются одним и тем же примитивным механизмом. Если одна и та же цепь РНК может складываться в адаптероподобную конформацию и при этом служить матрицей, число независимых компонентов, необходимых для трансляционноподобного синтеза пептидов, резко сокращается. В такой схеме образование пептидной связи становится возможным до рибосомы, до полного набора тРНК и до появления какой-либо синтетазы.

• Двухфункциональные цепи. Одна молекула РНК может сочетать роль матрицы (шаблона) и роль адаптера — именно это и нужно минимальной ранней системе трансляции.
• Прямое заряжание. Сродство РНК к аминокислотам и бескрibосомный перенос пептидов могут обеспечить начальный этап активации, который в современных клетках выполняют синтетазы.
• Конформационная гибкость. Гибкость, выявленная при выравнивании последовательностей тРНК, — это именно то, что позволяет одной цепи одновременно выполнять две функциональные роли.
• Простые катализаторы. Первые функционально активные пептиды, скорее всего, представляли собой короткие β-складчатые или небольшие каталитические пептиды, а не современные свёрнутые глобулярные ферменты с глубокими полостями активного центра.

Синтетазы и отдельные тРНК как позднейшие усовершенствования

Если начальное заряжание и функцию адаптера можно обеспечить без специализированных ферментов, то аминоацил-тРНК-синтетазы и свободные молекулы тРНК становятся компонентами контроля качества а не обязательными предпосылками. Они повышают точность соответствия между кодоном и аминокислотой и увеличивают точность трансляции. Поэтому их лучше всего понимать как усовершенствования, появляющиеся тогда, когда сопряжённая система уже реплицируется и уже находится под действием отбора, — а не как условия, которые вообще делают сопряжение возможным.

Репликазы: первые незаменимые ферменты

Одного сопряжения недостаточно. Как бы изящен ни был трансляционноподобный цикл, он исчезает со смертью своих молекул, если кодирующую его информацию нельзя скопировать. В этом решающий довод слайда: именно репликация превращает однократное химическое сопряжение в наследуемую, отбираемую функцию. Репликазы РНК — причём синтез мидиварианта Qβ de novo служит экспериментальным аналогом такой минимальной РНК-системы, основанной на репликазе, — обеспечивают именно эту возможность. Как только репликация и пептидный катализ функционально связаны, могут появиться и сохраниться первые по-настоящему ферментативные белки.

Ограничения точности подкрепляют тот же вывод. Полный аппарат трансляции требует множества точно взаимодействующих компонентов; при частоте ошибок, ожидаемой для ранней репликазы, такой большой аппарат невозможно было бы удержать в пределах порога ошибок, тогда как короткий квазивид РНК, копируемый репликазой, — можно. Поэтому минимальная схема «сначала репликаза» — не упрощение ради удобства, а прямое следствие ограничений точности той эпохи. Синтетазы, отдельные тРНК и полная трансляция появляются позже как повышающие точность усовершенствования, надстроенные над уже наследуемым ядром.