Prawda

Wtorek, 19 listopada 2019 - 12:20

« 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 1033 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

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
Oburzenie, stronniczość i niestabilność prawdy   Novella   2019-10-04
O zmianie klimatu: ludzkość nie jest „nikczemna”   Lomborg   2019-10-03
Postmodernizm wyjaśniony i krytykowany   Coyne   2019-09-30
Uzdrawianie kryształami   Novella   2019-09-26
Kolejna rewolucja w rolnictwie   Novella   2019-09-24
Opory przeciwko szczelinowaniu są oparte na ideologii, a nie na nauce   Jacoby   2019-09-23
St Paul Island część 5   Lyon   2019-09-21
Co to jest czerwona rtęć?   Novella   2019-09-20
Jaka sztuka siedzi w naszych genach i czy to aby nie kicz?   Koraszewski   2019-09-19
Fałszywe wspomnienia i Fake News   Novella   2019-09-18
Kolejna próba odrzucenia teorii Darwina   Coyne   2019-09-17
Choroba zielonych mięśni   Łopatniuk   2019-09-14
”Sygnalizowanie cnoty” może nas irytować. Cywilizacja byłaby jednak bez niego niemożliwa    Miller   2019-09-13
Foka Weddela wygryza w lodzie otwory do oddychania   Coyne   2019-09-12
DNA i Loch Ness   Novella   2019-09-11
Nowa i ważna czaszka hominina z Etiopii   Coyne   2019-09-10
St Paul Island, Część 4   Lyon   2019-09-06
Biały jak śnieg, żółciutki jak kaczuszka   Łopatniuk   2019-09-04
Pingwiny geje? Nie tak szybko   Coyne   2019-09-03
Czego może nas nauczyć była zwolenniczka antyszczepionkowców, Kelley Watson-Snyder     2019-08-30
Bezzbożowa karma dla psa   Novella   2019-08-29
Odrażające życie płciowe pingwinów białookich   Coyne   2019-08-28
Badanie akupunktury jako terapii na dławicę piersiową   Novella   2019-08-23
Pradawna gigantyczna papuga z Nowej Zelandii: metr wysokości i waga 7 kilogramów!   Coyne   2019-08-22
Alaska — nurniczki i obopólny dobór płciowy   Lyon   2019-08-20
Zła nauka promuje organiczne jabłka   Novella   2019-08-19
Gąsienica zmienia kolor, żeby dopasować się do podłoża nie używając oczu: potrafi widzieć skórą!   Coyne   2019-08-16
Pseudonaukowa histeria to nie jest dobra odpowiedź na klimatyczne wyzwania   Lomborg   2019-08-14
GMO i model deficytu wiedzy   Novella   2019-08-12
Po raz pierwszy użyto edytowania genów CRISPR do leczenia zaburzenia genetycznego – anemii sierpowatej   Coyne   2019-08-08
Maskonury z wyspy St. Paul na Alasce   Lyon   2019-08-07
Zbieg okoliczności czy prawo wielkich liczb?   Novella   2019-08-06
I pijcie łzy moje, czyste rzęsiste   Łopatniuk   2019-08-03
Kształtowanie opinii o nauce i medycynie   Novella   2019-08-02
Nowe badanie dotyczące zwrotu zgubionych portfeli: ludzie na świecie są uczciwsi niż myślisz, ale czytelnik wyliczył, że uczciwość jest większa w mniej religijnych krajach   Coyne   2019-08-01
Praktykowanie medycyny bez uprawnień nie jest wolnością słowa   Novella   2019-07-31
Radujcie się, Ziemia staje się zieleńsza   Ridley   2019-07-30
Spiski wokół ptaków   Novella   2019-07-29
Matt Meselson opisuje swój najsłynniejszy eksperyment (z Frankiem Stahlem)   Coyne   2019-07-26
Niemający rozeznania filozof twierdzi, że gatunki nie istnieją   Coyne   2019-07-23
Więcej złych wiadomości dla dilerów witamin   Novella   2019-07-22
Starożytny ptak z nadzwyczaj długim palcem   Coyne   2019-07-19
YouTube i szarlataneria leczenia raka dietą   Novella   2019-07-18
“Współczesny” Homo sapiens mógł być w Eurazji aż 210 tysięcy lat temu   Coyne   2019-07-17
Hodowanie mini-mózgów z komórek macierzystych   Novella   2019-07-15
Szczepionka HPV działa. Koniec kropka     2019-07-13
Efekt przechodnia   Novella   2019-07-11
Prątkiem w raka, czyli co ma gruźlica do raka pęcherza   Łopatniuk   2019-07-06
Opowieści o nauce zastępują fikcję w Teatrze Narodowym Ugandy   Ongu   2019-07-05
Pleśń w przestrzeni kosmicznej   Novella   2019-07-03
Pterozaury: Czy umiały latać od razu po wykluciu się?   Coyne   2019-07-02
Ludziom rosną rogi? – Złe informowanie o nauce   Novella   2019-07-01
Przemysł ”wellness”   Novella   2019-06-28
Nazywanie zmiany klimatu ”katastrofalną” utrudnia znalezienie realnych odpowiedzi   Lomborg   2019-06-26
Olbrzymie straszyki mają zostać ponownie wprowadzone na wyspę Lord Howe   Coyne   2019-06-25
Amonit (i masa innych stworzeń) znaleziona w birmańskim bursztynie   Coyne   2019-06-21
Ślubowanie o zniesieniu grzechu   Ridley   2019-06-20
Nowe informacje o dzieciach CRISPR   Novella   2019-06-17
Słonie mają fantastyczny węch (lepszy niż psy): są jedynymi zwierzętami, które potrafią rozróżnić inne ilości pokarmu tylko po zapachu   Coyne   2019-06-14
Indyjscy farmerzy wysiali ziarna GMO w proteście obywatelskiego nieposłuszeństwa     2019-06-13
Chcąc zadowolić antyaborcjonistów administracja Trumpa tnie finansowanie badań medycznych przy użyciu tkanki płodowej   Coyne   2019-06-11
Triumf Mao: Światowa Organizacja Zdrowia oficjalnie akceptuje szarlatanerię tradycyjnej chińskiej medycyny     2019-06-04
Ale jak to bezbarwnikowy?   Łopatniuk   2019-06-01
Na zdrowie: izraelscy naukowcy warzą piwo na ”wskrzeszonych” drożdżach sprzed 5000 lat     2019-05-31
Skąd wiemy to, co wiemy?   Novella   2019-05-28
Samice bonobo (ale nie samice szympansów) pomagają swoim synom w zdobywaniu partnerek   Coyne   2019-05-25
Dlaczego ludzie sprzeciwiają się technologiom, które zmniejszają szkody?   Ridley   2019-05-24
Nowa praca o nielotnych chruścielach rażąco przesadzona i wypaczona w popularnych mediach   Coyne   2019-05-22
Trenowanie sztucznej inteligencji, żeby widziała jak człowiek   Novella   2019-05-21
A polać wielką wodą…   Cipiur   2019-05-18
Wykrywanie kłamstw w mózgu   Novella   2019-05-17
Walka o zachowanie bioróżnorodności   Ridley   2019-05-15
Niezwykły przypadek mimikry: skaczący pająk naśladuje gąsienicę   Coyne   2019-05-14
Selektywnie stosowana koncepcja tabula rasa i ideologicznie motywowane nieporozumienia   Cory Clark   2019-05-09
Dlaczego szarlatani nie powinni nadzorować sami siebie     2019-05-08
Kiedy naukowcy nie tolerują odmiennego zdania   Weber   2019-05-07

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy



Skomplikowana ewolucja



Argument neuroróżnorodności



Nowe badanie pamięci długotrwałej


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