Prawda

Sobota, 30 maja 2020 - 21:15

« Poprzedni Następny »


Świat RNA


Matthew Cobb 2014-11-27


Właśnie wysłałem ostateczną wersję mojej książki Life’s Greatest Secret: The Story of the Race to Crack the Genetic Code (ma ukazać się w 2015 r w Profile Books oraz w  Basic Books w USA). Jest to głównie historia, mówiąca o okresie 1943-1961, ale ostatnie cztery rozdziały pociągają ją dalej do czasów dzisiejszych, opisując rzeczy takie jak zsekwencjonowanie genomu neandertalskiego, rozwój inżynierii genetycznej i epigenetykę.

Żeby to uczcić, pomyślałem, że dam czytelnikom skondensowaną wersję jednego z działów zajmujących się egzotycznie brzmiącym Światem RNA.


Białka i DNA, które są tak ważne dla dzisiejszego życia, nie zawsze istniały na naszej planecie. Maszyneria RNA, która istnieje w każdej komórce każdego organizmu na Ziemi, i zdolność cząsteczek RNA do działania jako enzymy katalizujące reakcje biochemiczne bez udziału białek, wszystko to wskazuje, że przed opartymi na DNA formami życia istniała inna forma: świat RNA. RNA jest cząsteczką, która przypomina DNA, tyle tylko, że ma jedną nić zamiast dwóch i używa nieco innego zestawu zasad chemicznych do kodowania informacji: podczas gdy DNA używa A, C, G i T, RNA używa U w miejsce T.


Nie wiemy dokładnie, czym były pierwsze replikujące się cząsteczki i jak dokonały przejścia od replikowania się do interakcji ze światem – mogły to być cząsteczki RNA, a może jeszcze prostsze związki, takie jak peptydy. Pojawiły się jakieś 4 miliardy lat temu, prawdopodobnie w mikroskopijnych otworach w skale wokół głęboko położonych kominów hydrotermicznych (chociaż Jack Szostak argumentuje, że pojawiły się w małych pęcherzykach zrobionych z kwasów tłuszczowych, ale tak naprawdę, to nikt nie wie).


Gdziekolwiek się znajdowały, te wczesne systemy replikacyjne musiały przyspieszyć reakcje chemiczne, które definiują życie. Pozostawiony sam sobie ten rodzaj reakcji, jaki ma miejsce w naszych komórkach, potrzebowałby miliardów lat, by pojawić się spontanicznie; w obecności RNA zabiera to ułamek sekundy.


W pewnym momencie, może po okresie ewolucji i konkurencji między różnymi biochemicznymi rodzajami życia, powstał świat RNA. Nie ma bezpośrednich śladów tego świata, więc nasze poglądy opierają się na silnie podbudowanych przypuszczeniach, nie zaś na dowodach fizycznych.


Był to bardzo różny rodzaj życia od tego, jaki znamy. W świecie RNA cząsteczki RNA były podstawą zarówno reprodukcji, jak interakcji biochemicznych (to jest, działały jako enzymy, przyspieszając i faworyzując reakcje chemiczne).


W świecie bez DNA lub białek informacja genetyczna zawarta w cząsteczce RNA kodowała po prostu ten odcinek RNA. Reprodukcja odnosiła się do kopiowania cząsteczek RNA, które działały jako enzymy do kierowania reakcjami chemicznymi. Te cząsteczki RNA dostarczały surowca doborowi naturalnemu, by rozpoczął swoją długą pracę przesiewania między odmianami, prowadząc z czasem do życia opartego na DNA, które obecnie pokrywa planetę.


Myśl, że najpierw był świat RNA, wysunął kolega Oswalda Avery’ego, Rollin Hotchkiss, na sympozjum zorganizowanym przez nowojorską Akademię Nauk w 1957 r. Uderzony faktem, że jedne wirusy używają RNA, a inne DNA, Hotchkiss zaproponował:


[Jako] genetyczny czynnik determinujący RNA został zastąpiony podczas ewolucji biochemicznej przez bardziej molekularnie i metabolicznie stabilny DNA. Linie komórkowe zachowały RNA, które – w ewolucji – były pierwotne wobec DNA i mogły pozwolić im na magazynowanie informacji w DNA, stając się tym samym podporządkowane metabolicznie.


Pod koniec lat 1960. myśl tę podjęli Francis Crick, Leslie Orgel i Carl Woese; Wally Gilbert ukuł zwrot “świat RNA” w 1986 r.


Chociaż świat RNA już nie istnieje (choć, kto wie, jakie tajemnice czają się w głębokim oceanie?) wszyscy nosimy w naszych komórkach jego dziedzictwo. Kiedy pojawiło się nasze oparte na DNA życie, ewolucja nie przeprojektowała życia od zera: użyła tego, co było pod ręką, adaptując istniejące szlaki biochemiczne RNA i zamieniając je w coś nowego i dziwnego.


To wyjaśnia, dlaczego RNA nie jest po prostu biernym posłańcem między dwoma fundamentalnymi składnikami życia – DNA i białkami. Odgrywa wiele ról, przenosząc informację genetyczną w komórce i kształtując sposób, w jaki jest wyrażana, tak samo, jak robił to w świecie RNA. Jak powiedział zajmujący się RNA biochemik Michael Yarus: „Bez RNA komórka byłaby tylko archiwum, bez żadnej akcji”.


RNA jest zaangażowany w całą niemal maszynerię komórki do wydobywania informacji z DNA i albo wytwarzania białek, albo kontrolowania aktywności genów. Pod wieloma swoimi postaciami RNA wykonuje zasadnicze funkcje w komórce, mimo że utracił rolę ucieleśniania informacji genetycznej, którą to rolę przejęła podwójna helisa DNA. Podwójna helisa - ikoniczna, sztywna i stała – kontrastuje z wieloma postaciami fizycznymi, jakie może przybrać RNA, umożliwiając mu wykonywanie tak szerokiego wachlarza funkcji, co musiało być bardzo ważną cechą świata RNA.


Tak samo, jak nie wiemy, kiedy pojawił się świat RNA, nie wiemy też, kiedy ostatecznie zniknął. Wszystko, co możemy, to prześledzić oparte na DNA organizmy do Ostatniego Uniwersalnego Wspólnego Przodka [Last Universal Common Ancestor (LUCA)], populacji jednokomórkowych organizmów DNA, które żyły, być może, 3,8 miliarda lat temu. LUCA wyewoluowały ze świata RNA, by z czasem – być może szybko – wykonkurować go i zastąpić.


Model świata RNA kolejnego pojawiania się RNA, białek i DNA podczas ewolucji życia na Ziemi. Wiele izolowanych mieszanek złożonych cząsteczek organicznych nie osiągnęło samoreplikacji i dlatego wymarło (oznaczone strzałką wiodącą do wymarcia). Szlaki, które prowadziły do samoreplikującego się RNA są zachowane u współczesnych potomków. Strzałki na lewo od samoreplikującego się RNA dotyczą prawdopodobnych, samoreplikujących się systemów, które poprzedzały RNA. Białka wystarczająco duże, by się same składały i wykonywały użyteczne czynności, pojawiły się dopiero po tym, kiedy dostępny był RNA do katalizowania ligacji peptydów lub polimeryzacji aminokwasów, chociaż aminokwasy i krótkie peptydy były obecne w mieszankach daleko po lewej stronie. DNA przejął rolę genomu stosunkowo późno, chociaż nadal >miliard lat temu. LUCA miały już genom DNA i przeprowadzały biokatalizę używając enzymów białkowych, jak również enzymów RNP (takich jak rybosomy) i rybozymów. Rysunek i podpis z Cech (2012)
Model świata RNA kolejnego pojawiania się RNA, białek i DNA podczas ewolucji życia na Ziemi. Wiele izolowanych mieszanek złożonych cząsteczek organicznych nie osiągnęło samoreplikacji i dlatego wymarło (oznaczone strzałką wiodącą do wymarcia). Szlaki, które prowadziły do samoreplikującego się RNA są zachowane u współczesnych potomków. Strzałki na lewo od samoreplikującego się RNA dotyczą prawdopodobnych, samoreplikujących się systemów, które poprzedzały RNA. Białka wystarczająco duże, by się same składały i wykonywały użyteczne czynności, pojawiły się dopiero po tym, kiedy dostępny był RNA do katalizowania ligacji peptydów lub polimeryzacji aminokwasów, chociaż aminokwasy i krótkie peptydy były obecne w mieszankach daleko po lewej stronie. DNA przejął rolę genomu stosunkowo późno, chociaż nadal >miliard lat temu. LUCA miały już genom DNA i przeprowadzały biokatalizę używając enzymów białkowych, jak również enzymów RNP (takich jak rybosomy) i rybozymów. Rysunek i podpis z Cech (2012)

Zastąpienie RNA jako składnicy informacji genetycznej jej bardziej stabilnym kuzynem, DNA, dostarczyło bardziej niezawodnego sposobu przekazywania informacji z pokolenia na pokolenie. To wyjaśnia, dlaczego DNA używa tyminy (T) jako jednej ze swoich czterech zasad informacyjnych, podczas gdy RNA używa w to miejsce uracylu (U).


Problem polega na tym, że cytozyna (C), jedna z dwóch pozostałych zasad, z łatwością może zamienić się w uracyl przez prostą reakcję o nazwie deaminacja. Dzieje się to spontanicznie dziesiątki razy dziennie w każdej z twoich komórek, ale maszyneria komórkowa z łatwością to naprawia, bo w DNA U jest bez sensu. W RNA jednak taka zamiana byłaby znacząca – komórka nie byłaby w stanie rozróżnić między U, który ma tam być i na podstawie którego trzeba działać, a U, który jest spontaniczną mutacją z C i który trzeba naprawić.  


Nie sprawia to twoim komórkom żadnych trudności, ponieważ większość RNA jest tak przelotna, że nie ma czasu na mutacje – w przypadku matrycowego RNA jest on kopiowany z DNA bezpośrednio przed użyciem. Tymina jest znacznie stabilniejsza i nie zmienia się tak łatwo spontanicznie.


Nowe formy życia oparte na DNA musiały mieć znaczną przewagę, ponieważ angażowały białka do wszystkich swoich aktywności komórkowych. Chociaż nie wiemy, kiedy ani dlaczego rozwinęła się synteza białek, wydaje się nieprawdopodobne, by pojawiło się to natychmiastowo – prawdopodobnie nie było rewolucji białkowej. Początkowo interakcje RNA i aminokwasów (cegiełek białek) umożliwiły formom życia opartym na RNA zdobycie jakich dodatkowych własności metabolicznych, zanim w końcu pojawienie się łańcuchów aminokwasów – białek – stworzyło świat oparty na białku.


W pewnym momencie DNA zastąpił RNA jako cząsteczka informacyjna, zabezpieczając sekwencję genetyczną, używając RNA do tworzenia szybkich translacji tej sekwencji w produkcję białek, zaś enzymy RNA zostały dokooptowane i zamienione w części maszynerii komórkowej, jak transfer RNA i rybosomów. Białka mogą wykonywać niemal nieskończony wachlarz funkcji biologicznych, zarówno jako składniki strukturalne, jak enzymy. Pod obydwoma względami znacznie przewyższają RNA. Pojawienie się białek otworzyło więc nowe nisze dla życia, roznosząc DNA i białka po całej planecie, tworząc i nieustannie zmieniając biosferę.


Te nowe, oparte na DNA formy życia wykonkurowały organizmy świata RNA swoją elastycznością i wachlarzem nisz, jakie mogły zajmować. Były także w stanie rosnąć znacznie szybciej: nowoczesna komórka oparta na DNA replikuje się w około 20 minut. Eksperymenty sugerują, że reprodukcja mogła zabrać wiele dni formie życia opartej na RNA. Świat RNA był powolny, ograniczony i prawdopodobnie skazany na głębiny oceanów.


Korzyści ewolucyjne i ekologiczne uzyskane dzięki użyciu białek przez życie oparte na DNA pokazuje, że pojawienie się translacji z sekwencji zasad RNA w sekwencję aminokwasów było decydującym krokiem ewolucyjnym. Ewolucja kodu genetycznego była zasadnicza dla życia, jakie znamy. Jest to naprawdę największa tajemnica życia.


____________

Dalsze lektury:

Jeśli chcecie wiedzieć więcej, gorąco polecam książkę Michaela Yarusa Life from an RNA World.

Artykuł, który napisał Thomas R.  Cech także jest znakomity, choć mniej przystępny:  Thomas R. Cech (2012) The RNA Worlds in Context Cold Spring Harb Perspect Biol 


The RNA World

Why Evolution Is True, 18 listopada 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

 



Matthew Cobb

Biolog i pisarz, mieszka i pracuje w Manchesterze, niedawno w Stanach Zjednoczonych ukazała się jego książka „Generation”, a w Wielkiej Brytanii „The Egg & Sperm Race”. Systematycznie publikuje w "LA Times", "Times Literary Supplement", oraz "Journal of Experimental Biology".

Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj




Komentarze
2. co było pierwsze jajko czy kura? mieczysławski 2014-11-27
1. Uwaga do tłumaczenia Jima Arunsone 2014-11-27


Nauka

Znalezionych 1109 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Lokalizacja funkcji wykonawczych   Novella   2020-05-30
Przestańcie wierzyć w naukę   Greenfield   2020-05-28
Ewolucyjne korzenie sztuki   Koraszewski   2020-05-27
Innowacji nie można wymusić, ale można je zdławić   Ridley   2020-05-26
Stymulowanie kory wzrokowej   Novella   2020-05-23
Pora na telemedycynę   Novella   2020-05-19
Czy mrożącą krew w żyłach prawdą jest, że decyzja o zamknięciu społeczeństwa opierała się na luźnych matematycznych spekulacjach?   Ridley   2020-05-15
MMR jest bezpieczna i skuteczna   Novella   2020-05-14
Odporność stada na fakty   Koraszewski   2020-05-13
O COVID wiemy wszystko – i nie wiemy niczego   Ridley   2020-05-12
Nanotechnologia zastosowana do leczenia choroby Alzheimera   Novella   2020-05-11
COVID-19 – To są szkody   Novella   2020-05-05
Nadmiar teorii wszystkiego   Koraszewski   2020-05-04
Zawodnicy – i trudności – w wyścigu do wyleczenia COVID   Ridley   2020-04-30
Psychologia sprzeciwu wobec szczepień   Novella   2020-04-25
Prowokator czy prowokowany?   Witkowski   2020-04-24
Nauka on-line jest skuteczna   Novella   2020-04-23
Mądrość w pułapce autorytetu   Witkowski   2020-04-18
Znaleziono najstarszego “bilaterian”: odkryto podobne do robaka stworzenie wraz z jego skamieniałymi śladami   Coyne   2020-04-16
Nietoperze i pandemia   Ridley   2020-04-14
Pandemia ludzkiej głupoty   Novella   2020-04-12
W miarę postępu badań natura naszego wroga staje się coraz wyraźniejsza   Ridley   2020-04-04
Wzmacnianie układu odpornościowego podczas pandemii   Novella   2020-04-02
Dlaczego ten wirus inaczej dotyka pokolenia?   Ridley   2020-03-30
Czaszka maleńkiego dinozaura/ptaka znaleziona w bursztynie   Coyne   2020-03-27
Szczepionka na koronawirusa nie przybędzie szybko   Ridley   2020-03-25
Niebawem dowiemy się jak solidna jest nasza cywilizacja   Ridley   2020-03-23
Żywotność wirusa Covid-19 na różnych powierzchniach (rada: używaj rękawiczek, kiedy odbierasz paczki i nie otwieraj ich przez 24 godziny)   Coyne   2020-03-21
Dzień był krótszy 70 milionów lat temu   Novella   2020-03-20
Jak często powstają ptasie hybrydy?   Coyne   2020-03-18
Mózgi noworodków   Novella   2020-03-16
Twierdzenie o białku i DNA dinozaurów   Novella   2020-03-10
Porażka jest stałym elementem pracy naukowca   Konrad Bocian   2020-03-07
Jak myśleć o naszych problemach   Tupy   2020-03-03
Dlaczego tak wiele nowych wirusów pochodzi od nietoperzy?   Ridley   2020-02-29
Odkrycie antybiotyku przez AI   Novella   2020-02-27
Wizyta w Andach u łysek rogatych   Lyon   2020-02-26
Zioła nie pomagają na utratę wagi   Novella   2020-02-25
Dawkins pisze tweeta   Coyne   2020-02-24
W obronie binarności płci u ludzi   Coyne   2020-02-21
Nie palmy pieniędzy na ołtarzu zielonej manii   Lomborg   2020-02-20
Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki zaczynają tworzyć pięć palców, a cztery zawiązki znikają   Coyne   2020-02-18
Homeopatyczny rentgen   Novella   2020-02-14
Różnice płci w wyborze zabawek: chłopcy bawią się chłopięcymi zabawkami, dziewczynki dziewczęcymi zabawkami   Coyne   2020-02-13
Śmiertelność z powodu raka nadal spada wbrew twierdzeniom szarlatanów     2020-02-11
Odkrycie w immunologii, a leczenie nowotworów   Novella   2020-02-10
Ponowne psucie nauki przez ideologię: ”Slate” wypacza biologię ewolucyjną, by wyglądała na kapitalistyczną i antysocjalistyczną   Coyne   2020-02-07
Flamingi z braku łysek rogatych   Lyon   2020-02-06
Moja ostatnia praca badawcza. Część 3: Znaczenie   Coyne   2020-02-04
Moja ostatnia praca badawcza. Część 2: Wyniki   Coyne   2020-02-03
Moja ostatnia praca badawcza: Część 1: Cele i metody   Coyne   2020-02-01
Ewolucyjne wyjaśnienie nienaukowych przekonań   Bretl   2020-01-31
Zdumiewająca mimikra   Coyne   2020-01-27
Reality check: Pęd do szybkiej „zerowej” emisji to gwarancja przegranej   Lomborg   2020-01-27
Sfuszerowany artykuł o biologii w „Washington Post”   Coyne   2020-01-24
Punkty dla Ameryki w konflikcie między Iranem i USA   Destexhe   2020-01-24
Zbliżanie się do rozumienia pamięci   Novella   2020-01-22
Z perspektywy naszego kurnika   Witkowski   2020-01-16
Fałszywa pokora nie uratuje planety   Boudry   2020-01-09
Złoty ryż zatwierdzony na Filipinach   Novella   2020-01-07
Cudowna animacja DNA i komórek   Coyne   2020-01-06
Dychotomiczne myślenie, niepewność i zaprzeczanie nauce     2020-01-01
Mieliśmy najlepszą dekadę w historii. Naprawdę   Ridley   2019-12-31
Kreacjonista opowiada się za ”argumentem z niedowierzania”   Coyne   2019-12-26
Biologia męskiej agresji i dlaczego nie jest to tylko „socjalizacja”   Coyne   2019-12-24
Wydajność, wyzysk, wybory   Koraszewski   2019-12-23
Społecznościowe finansowanie szarlatanerii   Novella   2019-12-20
Wykład Dawkinsa o czerpaniu odwagi z darwinizmu   Coyne   2019-12-18
Uprawy GM, takie jak Złoty Ryż, uratują życie setek tysięcy dzieci   Ridey   2019-12-13
Darwin, lisy i inne ssaki na Falklandach   Mayer   2019-12-11
Wirtualna edukacja   Novella   2019-12-03
Teoria klasy próżniaczej Thorsteina Veblena – uaktualnienie statusu   Henderson   2019-12-02
Punkt szczytowy inteligencji   Novella   2019-11-30
Likwidowanie przeziębienia miedzią   Novella   2019-11-27
Dlaczego wyjaśnianie problemów przez biały przywilej jest niesłuszne   Rob Henderson   2019-11-25
LiveScience zachwala panpsychizm jako rozwiązanie trudnego problemu świadomości   Coyne   2019-11-22
Jak walczyć z firehosing   Novella   2019-11-19
Odwołajcie antyszczepionkową konferencję w Tel Awiwie   Blum   2019-11-15
Ewolucja dwunożności   Novella   2019-11-14
Granice „przeskoczenia” progu opłacalności   Lomborg   2019-11-13
Dlaczego nie żyjemy w epoce post-prawdy   Pinker   2019-11-11
Śledząc pochodzenie człowieka   Novella   2019-11-09
Skamieniałe trylobity idące gęsiego. Ale dlaczego to zrobiły?   Coyne   2019-11-06
Saga o złotym ryżu   Novella   2019-11-04
Kolejne badanie rolnictwa organicznego   Novella   2019-11-02
Fabrizio Benedetti pyta: “Czy badania placebo wzmacniają pseudonaukę?”     2019-11-01
Nathaniel Comfort raz jeszcze: nauka nie czyni postępów (czy może robi to?)   Coyne   2019-10-31
Pochwała jednoznaczności   Witkowski   2019-10-29
Stare i nowe  troski o bezpieczeństwo żywnościowe   Ongu   2019-10-28
Powrót Adama i Ewy jako rzeczywistych ludzi, jak proponuje kolejna pseudonaukowa teoria   Coyne   2019-10-25
Pradawne przechowywanie żywności   Novella   2019-10-24
Artykuł w naukowym piśmie ”Nature” dyskredytuje naukę i „scjentyzm”, kwestionuje wartości Oświecenia   Coyne   2019-10-22
Błogosławieni ci, którzy wycofują   Jacoby   2019-10-19
Pro-life czyli czarodziej z Krotoszyna   Koraszewski   2019-10-18
Biologia rozwoju ujawnia ewolucyjną historię   Novella   2019-10-15
Niebezpieczne życie antropologa   Blackwell   2019-10-12
Swędzikami jesień się zaczyna   Łopatniuk   2019-10-11
Jak wieloryb stracił swoje geny   Coyne   2019-10-10
Używanie sztucznej inteligencji do diagnozy   Novella   2019-10-08
Niespodzianka! Koty są tak samo przywiązane do swojego personelu jak psy i niemowlęta   Coyne   2019-10-05

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Wzmacnianie układu odpornościowego



Wykluczenie Tajwanu z WHO



Drzazgę źle się czyta



Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk