Prawda

Czwartek, 28 marca 2024 - 17:11

« 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 Tipsa en vn Wydrukuj




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


Nauka

Znalezionych 1469 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Kameleon przekazuje różne informacje różnymi częściami ciała   Yong   2013-12-14
Paradoksalne cechy genetyki inteligencji   Ridley   2013-12-18
Wielki skandal z biopaliwami   Lomborg   2013-12-19
Przedwczesna wiadomość o śmierci samolubnego genu   Coyne   2013-12-22
Czy jest życie na Europie?   Ridley   2013-12-22
Nowa data udomowienia kotów: około 5300 lat temu – i to w Chinach   Coyne   2013-12-26
Na Zeusa, natura jest przeżarta rują i korupcją   Koraszewski   2013-12-26
Proces cywilizacji   Ridley   2013-12-28
Jak karakara wygrywa z osami   Cobb   2013-12-29
Żebropławy, czyli dziwactwa ewolucji   Coyne   2013-12-30
Czy może istnieć sztuka bez artysty?    Wadhawan   2013-12-30
Zderzenie mentalności   Koraszewski   2014-01-01
Skrzydlaci oszuści i straż obywatelska   Young   2014-01-02
Delfiny umyślnie narkotyzują się truciznami rozdymków   Coyne   2014-01-04
Długi cień anglosfery   Ridley   2014-01-05
Ciemna materia genetyki psychiatrycznej   Zimmer   2014-01-06
Co czyni nas ludźmi?   Dawkins   2014-01-07
Twoja choroba na szalce   Yong   2014-01-08
Czy mamut włochaty potrzebuje adwokata?   Zimmer   2014-01-09
Pradawne rośliny kwitnące znalezione w bursztynie   Coyne   2014-01-10
Ratując gatunek możesz go niechcący skazać   Yong   2014-01-11
Ewolucja ukryta w pełnym świetle   Zimmer   2014-01-13
Koniec humanistyki?   Coyne   2014-01-15
Jak poruszasz nogą, która kiedyś była płetwą?   Yong   2014-01-16
Jak wyszliśmy na ląd, kość za kością   Zimmer   2014-01-19
Twoja wewnętrzna mucha   Cobb   2014-01-22
Ukwiał żyje w antarktycznym lodzie!   Coyne   2014-01-25
Dlaczego poligamia zanika?   Ridley   2014-01-26
Wspólne pochodzenie sygnałów płodności   Cobb   2014-01-28
Ewolucja i Bóg   Coyne   2014-01-29
O delfinach, dużych mózgach i skokach logiki   Yong   2014-01-30
Dziennikarski „statek upiorów” Greg Mayer   Mayer   2014-01-31
Dlaczego leniwce wypróżniają się na ziemi?   Bruce Lyon   2014-02-02
Moda na kopanie nauki   Coyne   2014-02-03
Neandertalczycy: bliscy obcy   Zimmer   2014-02-05
O pochodzeniu dobra i zła   Coyne   2014-02-05
Sposób znajdowania genów choroby   Yong   2014-02-07
Czy humaniści boją się nauki?   Coyne   2014-02-07
Kiedy zróżnicowały się współczesne ssaki łożyskowe?   Mayer   2014-02-10
O przyjaznej samolubności   Koraszewski   2014-02-12
Skąd wiesz, że znalazłeś je wszystkie?   Zimmer   2014-02-15
Nauka odkrywa nową niewiedzę o przeszłości   Ridley   2014-02-18
Żyjące gniazdo?   Zimmer   2014-02-19
Planeta tykwy pospolitej   Zimmer   2014-02-21
Nowe niezwykłe skamieniałości typu “Łupki z Burgess”   Coyne   2014-02-22
Dziennik z Mozambiku: Pardalota   Naskręcki   2014-02-23
Wskrzeszona odpowiedź z kredy na “chorobę królów”   Yong   2014-02-26
Dziennik z Mozambiku: Sybilla     2014-03-01
Spojrzeć ślepym okiem   Yong   2014-03-02
Intelektualne danie dnia  The Big Think   Coyne   2014-03-04
Przeczołgać się przez mózg i nie zgubić się   Zimmer   2014-03-05
Gdzie podziewają się żółwiki podczas zgubionych lat?   Yong   2014-03-10
Supergen, który maluje kłamcę   Yong   2014-03-14
Idea, którą pora oddać na złom   Koraszewski   2014-03-15
Zwycięstwa bez chwały   Ridley   2014-03-17
Twarde jak skała   Naskręcki   2014-03-18
Pasożyty informacyjne   Zimmer   2014-03-19
Seymour Benzer: humor, historia i genetyka   Cobb   2014-03-21
Kto to był Per Brinck?   Naskręcki   2014-03-23
Potrafimy rozróżnić między przynajmniej bilionem zapachów   Yong   2014-03-25
Godzina Ziemi czyli o celebrowaniu ciemności   Lomborg   2014-03-27
Słonie słyszą więcej niż ludzie   Yong   2014-03-30
Niebo gwiaździste nade mną, małpa włochata we mnie   Koraszewski   2014-03-31
Wielkoskrzydłe   Naskręcki   2014-04-02
Najstarsze żyjące organizmy   Coyne   2014-04-03
Jak zmienić bakterie jelitowe w dziennikarzy   Yong   2014-04-06
Eureka! Sprytne wrony to odkryły   Coyne   2014-04-07
Sukces upraw GM w Indiach   Lomborg   2014-04-09
Wirus, który sterylizuje owady, ale je pobudza   Yong   2014-04-12
Przystosować się do zmiany klimatu   Ridley   2014-04-14
Jeden oddech, który zmienił planetę   Naskręcki   2014-04-16
Najgorsze w karmieniu komarów jest czekanie   Yong   2014-04-17
Kłopotliwa podróż w przyszłość   Ridley   2014-04-19
Pierwsze spojrzenie na mikroby współczesnych łowców zbieraczy     2014-04-23
Seksizm w nauce o jaskiniowych owadach   Coyne   2014-04-26
Musza bakteria zaprasza inne muszki na uczty owocowe   Yong   2014-04-27
Zachwycający rabuś, który liczy sto milionów lat   Cobb   2014-04-28
Mądrość (małych) tłumów   Zimmer   2014-04-29
Tak bada się ewolucję inteligencji u zwierząt   Yong   2014-05-02
Fantastyczna mimikra tropikalnego pnącza   Coyne   2014-05-03
Dlaczego większość zasobównie wyczerpuje się   Ridley   2014-05-04
Pomidory tworzą pestycydy z zapachu swoich sąsiadów   Yong   2014-05-07
Potrawy z pasożytów   Zimmer   2014-05-08
Technologia jest często matką nauki, a nie odwrotnie   Ridley   2014-05-09
Montezuma i jego flirty   Coyne   2014-05-11
Insekt dziedziczy mikroby z plemnika taty   Yong   2014-05-12
Polowanie na nietoperze   Naskręcki   2014-05-14
Zmień swoje geny przez zmianę swojego życia   Coyne   2014-05-15
Obrona śmieciowego DNA   Zimmer   2014-05-17
Gdzie są badania zwierzęcych wagin?   Yong   2014-05-20
Niemal ssaki   Naskręcki   2014-05-21
Zobaczyć jak splątane są gałęzie drzewa   Zimmer   2014-05-23
Dlaczego ramiona ośmiornicy nie plączą się   Yong   2014-05-24
Niezwykły pasikonik szklany   Naskręcki   2014-05-27
Wąż zgubiony i ponownie odnaleziony   Mayer   2014-05-28
Niespodziewani krewni mamutaków   Yong   2014-05-30
Trochę lepszy  świat   Ridley   2014-05-31
Tam, gdzie są ptaki   Mayer   2014-06-01
Ewolucja, ptaki i kwiaty   Coyne   2014-06-02
Jestem spełniony   Naskręcki   2014-06-04

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Lekarze bez Granic


Wojna w Ukrainie


Krytycy Izraela


Walka z malarią


Przedwyborcza kampania


Nowy ateizm


Rzeczywiste łamanie


Jest lepiej


Aburd


Rasy - konstrukt


Zielone energie


Zmiana klimatu


Pogrzebać złudzenia Oslo


Kilka poważnych...


Przeciwko autentyczności


Nowy ateizm


Lomborg


„Choroba” przywrócona przez Putina


„Przebudzeni”


Pod sztandarem


Wielki przekret


Łamanie praw człowieka


Jason Hill


Dlaczego BIden


Korzenie kryzysu energetycznego



Obietnica



Pytanie bez odpowiedzi



Bohaterzy chińskiego narodu



Naukowcy Unii Europejskiej



Teoria Rasy



Przekupieni



Heretycki impuls



Nie klanial



Cervantes



Wojaki Chrystusa


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