Narodziny życia. Scenariusze nieklasyczne. Teoria pierwotności RNA
 
Narodziny życia. Scenariusze nieklasyczne. Teoria pierwotności RNA
Rekonstrukcja początków życia dotychczas napotykała zawsze na problem „kury i jaja” — tylko kwasy nukleinowe zdolne są do gromadzenia i replikowania informacji genetycznej i, jak do niedawna sądzono, tylko białka mogą funkcjonować jako enzymy. Trudno było sobie wyobrazić, jak pierwotny genom oparty na kwasach nukleinowych (czy to DNA, czy RNA) mógł replikować się bez katalizatorów białkowych i równie trudno było wyobrazić sobie powstanie skutecznego enzymu bez kodującego go kwasu nukleinowego.
 
Za klucz do rozstrzygnięcia tego paradoksu wielu badaczy (W. Gilbert, L.E. Orgel, G. Joyce, A.M. Weiner i inni) uznało stwierdzony w 1981 r. fakt, że intron rybosomalnego RNA może funkcjonować jako enzym, co przemawia za tym, że pierwszą „żywą cząsteczką” mogła być replikaza RNA, zdolna do katalizowania swojej własnej replikacji bez pomocy białka. Pozostaje teraz do wyjaśnienia, jak powstała pierwsza replikaza RNA.
 
Przypadkowa kondensacja mononukleotydów prowadziła do powstawania coraz dłuższych łańcuchów. Większość z tych polimerów zbliżonych do RNA nie wykazywała zdolności do pełnienia funkcji biologicznych, ale wśród nich mogły pojawiać się — na zasadzie przypadku — także cząsteczki zdolne do działania jako prymitywne replikazy RNA. Pierwsza replikaza musiała być zdolna do wykorzystywania albo siebie samej, albo innego kwasu nukleinowego jako matrycy do polimeryzacji. Ponieważ żadna replikaza nie może kopiować swego centrum aktywnego, trzeba przyjąć, że jednocześnie powstały dwie replikazy RNA. Jest to o tyle prawdopodobne, że już dość krótkie sekwencje RNA mogą wykazywać różnorodne własności katalityczne.
 
Teoria ta stara się odpowiedzieć na pytanie: jak mógł powstać sprzężony system kwasów nukleinowych i białek. Trudność rozwiązania tego fundamentalnego problemu każdej teorii ewolucji przedbiologicznej (wspomniany „paradoks jaja i kury”) bierze się stąd, że kwasy nukleinowe nie mogą — przynajmniej obecnie — replikować się bez pomocy wyspecjalizowanych katalizatorów białkowych, te zaś nie mogą być syntetyzowane bez kontroli ze strony kwasów nukleinowych.
 
W myśl tej teorii, najwcześniejsze kwasy nukleinowe mogły zatem replikować się bez udziału białek. To one „wynalazły” syntezę polipeptydów. Niekodowane polipeptydy mogły, ale nie musiały uczestniczyć w najwcześniejszym mechanizmie replikacji. Argumentem przemawiającym za takim rozwiązaniem miałaby być łatwość badania tego modelu w warunkach laboratoryjnych oraz fakt, że ma on oparcie w licznych pracach eksperymentalnych.
 
 
Hipotetyczny scenariusz genezy „świata RNA„ powinien czynić zadość w szczególności czterem następującym postulatom.
(1) Najprostszy system informacyjny musi mieć pewną zdolność do autoreplikacji w obecności katalizatorów. Jego monomeryczne składniki muszą występować w obfitości w prebiotycznej miksturze substancji organicznych i proces jego polimeryzacji w prymitywnym środowisku musi przebiegać łatwo.
(2) Informacyjne makrocząsteczki w każdym stadium ewolucji muszą wykazywać dwa rodzaje aktywności katalitycznej. Po pierwsze, muszą one funkcjonować wewnątrz swojego własnego systemu, zwiększając efektywność i dokładność replikacji. Po drugie, muszą ułatwiać przejście od swego systemu macierzystego do następnego, bardziej rozwiniętego. I tak, jeśli pochodne glicerolu miały zastępować rybozę w „kwasie protonukleinowym”, to musi być możliwe zbudowanie z nich „protorybozymów”.
(3) Wynalezienie kodu genetycznego mogło nastąpić w zasadzie w którymkolwiek stadium, przed lub po powstaniu kwasów nukleinowych z „protonukleinowych”.
(4) Przejście od „świata RNA” do systemu obejmującego syntezę peptydów wymagało stopniowego wyewoluowania syntezy kodowanej z dużo prostszych procesów, w których aminokwasy przyłączone do oligonukleotydów wiązały się ze sobą tworząc peptydy bez obecności „posłańca” czyli informacyjnego RNA.
 
Na gruncie teorii „świata RNA” opracowanych zostało szereg takich scenariuszy. Jeden z nich, przedstawiony przez Waltera Gilberta, wygląda następująco:
(1) Cząsteczki RNA przejawiające aktywność katalityczną wykorzystują tę zdolność i w prymitywnym bulionie budują same siebie.
(2) Autoreplikujące się cząsteczki RNA na zasadzie rekombinacji i mutacji ewoluują w kierunku wytwarzania nowych funkcji i opanowywania nowych nisz.
(3) Molekuły RNA rozwijają szereg własności enzymatycznych.
(4) Zaczynają one syntetyzować białka, które są lepszymi od nich enzymami, tzn. wypełniają te same funkcje bardziej efektywnie.
(5) Powstające w ten sposób enzymy białkowe kodowane są przez tzw. exon RNA (będący elementem współczesnego DNA).
(6) Pojawia się DNA, umożliwiając bezbłędne przechowywanie informacji genetycznej.
(7) RNA przestaje grać centralną rolę w ewolucji prebiotycznej, ustępując miejsca swym własnym wytworom — białkom i DNA, które zdolne są do pełnienia w sposób bardziej efektywny tych funkcji, które RNA wypełniało dotychczas niejako w ich zastępstwie.
 
Główna trudność tej teorii pojawia się w pierwszym stadium. Najdosadniej wyraził ją Christian de Duve: „Did God make RNA?” Eksperymentalnie potwierdzona aktywność katalityczna odnosi się bowiem tylko do wysoce skomplikowanych cząsteczek obecnie istniejącego RNA, kwestia zaś tego rodzaju aktywności u ich możliwych prymitywnych prekursorów pozostaje otwarta.
Włodzimierz Ługowski
zgłoś uwagę

Znaleziono w książkach Grupy PWN

Trwa wyszukiwanie...  
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia