Prawda

Czwartek, 28 marca 2024 - 11:59

« 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

Jak małpy człekokształtne (włącznie z ludźmi) straciły swoje ogony   Coyne   2024-03-26
Ale najpierw kawa   Tonhasca Júnior   2024-03-21
Ideolodzy: dlaczego nauczanie genetyki musi mieć charakter społeczno-polityczny   Coyne   2024-03-19
Przepływ genów od neandertalczyków i denisowian do ludzi „współczesnych” i odwrotnie   Coyne   2024-03-14
Wejdź – skoro nalegasz   Tonhasca Júnior   2024-03-09
Czy “bezpłciowe” bakterie tworzą biologiczne gatunki?   Coyne   2024-03-06
Carl Zimmer o gatunkach i ochronie     2024-02-29
Kolejna błędna próba skorygowania ewolucji   Coyne   2024-02-22
Ryjący w ziemi przedsiębiorcy   Tonhasca Júnior   2024-02-15
Olbrzymie armie o niezliczonych umiejętnościach    Tonhasca Júnior   2024-02-08
Wejdź, powiedziała, dam ci schronienie przed burzą   Tonhasca Júnior   2024-01-15
Czy ludzie wyewoluowali w wodzie?   Coyne   2024-01-08
Jak upadają wielcy   Tonhasca Júnior   2024-01-04
Oczy reniferów zmieniają kolor, żeby łatwiej im było dostrzec jadalne porosty   Coyne   2023-12-30
Życzliwi przestępcy   Tonhasca Júnior   2023-12-28
Conor Friedesdorf (i Alexander Barvinok) o ideologicznym przymusie na amerykańskich uczelniach   Coyne   2023-12-26
Zdumiewający manipulatorzy   Tonhasca Júnior   2023-12-25
Nie gryzie się ręki, która cię zapyla   Tonhasca Júnior   2023-10-19
Rewolucja komunikacyjna   Hannam   2023-10-18
BBC szerzy propagandę rolnictwa organicznego, a biedni na świecie cierpią   i Kathleen Hefferon   2023-10-13
Niezwykły przypadek koewolucji i specyficzności zapylacz/storczyk   Coyne   2023-10-07
Płeć męska lub żeńska: nie ma nic pomiędzy   Elliot   2023-10-03
Myślenie intuicyjne i analityczne   Novella   2023-09-29
„Kryzys klimatyczny” to mistyfikacja   Williams   2023-09-25
Jak (i dlaczego) ośmiornica edytuje swój RNA   Lewis   2023-09-23
„Najbardziej znany zabójca ludzi”: jakie są prawdziwe początki XIV-wiecznej Czarnej Śmierci?   Lewis   2023-09-15
Do jakiego stopnia pary mają wspólne cechy?   Novella   2023-09-14
Kenia daje zielone światło 58 projektom GMO – naukowcy na całym świecie kontynuują badania w dziedzinie biotechnologii, mimo procesów sądowych i dezinformacji   Ombogo   2023-09-08
Lancet atakuje anty-przebudzenie, a czytelnik odpowiada   Coyne   2023-08-24
Więcej wyrafinowanej teologii: uczony religijny zastanawia się, czy neandertalczycy mieli nieśmiertelne dusze   Coyne   2023-08-16
Aktywiści anty-GMO w Afryce szerzą mity i strach, ale nie przedstawiają żadnych naukowych dowodów   Abutu   2023-08-14
Mało znana strona ryjkowców   Tonhasca Júnior   2023-08-11
Dlaczego nie można być osobą transrasową?   Coyne   2023-08-10
Walka z malarią za pomocą inżynierii genetycznej   Novella   2023-08-08
Jak restrykcje Unii Europejskiej podsycały głosy przeciwko GMO, jak również głód na globalnym Południu, a zwłaszcza w Afryce   Oria   2023-08-02
Nieznośni mali pomocnicy   Tonhasca Junior   2023-07-29
Macedońskie skarby   Tonhasca Júnior   2023-07-26
GMO i motyle   Novella   2023-07-25
Narzucanie ideologii naturze: Kew Garden celebruje „rośliny queer”   Coyne   2023-07-24
Smak miesiąca   Tonhasca Júnior   2023-07-20
Kłopoty na wylocie   Szczęsny   2023-07-18
Ideologiczne podważanie biologii   i Luana S. Maroja   2023-07-17
Role mężczyzn i kobiet w polowaniu, raz jeszcze   Coyne   2023-07-15
David Hillis o specjacji   Coyne   2023-07-13
Niechętni dawcy i pracowici biorcy   Tonhasca Júnior   2023-07-08
Grube problemy z jelitem   Szczęsny   2023-07-07
Badaczka z Leakey Foundation twierdzi, że kości orangutanów mówią nam, że biologiczna płeć jest spektrum, a nie binarna   Coyne   2023-06-30
Przez dziurkę od klucza   Szczęsny   2023-06-24
Nowa (nie podparta żadnymi dowodami) hipoteza, która eliminuje role płciowe w społecznościach łowców-zbieraczy   Coyne   2023-06-22
Błędne wyobrażenia o ewolucji   Coyne   2023-06-16
Influencerzy z podziemia   Tonhasca Júnior   2023-06-13
Jak wyewoluowało ubarwienie ostrzegawcze?   Coyne   2023-06-12
„San Francisco Chronicle” bardzo myli się w sprawie biologicznej płci   Coyne   2023-06-09
Kolczasty problem   Tonhasca Júnior   2023-06-06
Wpaść w amok. Empiryczna analiza szaleńczych zabójstw pokazuje, że wyłaniają się dwa różne wzorce.   King   2023-06-03
Błędna krytyka genetycznych testów na pochodzenie   Coyne   2023-06-02
Zdatny do lotu   Tonhasca Júnior   2023-06-01
‘Raniąca’ idea merytorycznych podstaw nauki    i Jerry Coyne   2023-05-29
Główny problem w filogenezie zwierząt wydaje się być rozwiązany   Coyne   2023-05-26
Americana   Tonhasca Júnior   2023-05-24
Czy uprawa jabłek odzwierciedla bigoterię?   Coyne   2023-05-18
Kenia: Musimy zająć się brakiem bezpieczeństwa żywnościowego, ale najpierw musimy położyć kres dezinformacji na temat upraw modyfikowanych genetycznie   Oria   2023-05-16
Czytanie myśli z fMRI i AI   Novella   2023-05-05
Jest lepiej niż myślisz   Lomborg   2023-05-03
Dwudziestu dziewięciunaukowców publikuje artykuł w obronie merytorycznych podstaw w nauce     2023-05-01
Niewygodna historia   Ferguson   2023-04-28
Biologia rezygnacji z działania: kiedy kontynuować, a kiedy spasować   Coyne   2023-04-26
Porywacze ciał   Tonhasca Júnior   2023-04-25
Porażka jest kluczowym składnikiem innowacji   Ridley   2023-04-22
Używanie roślin jako biofrabryk   Novella   2023-04-14
Dawno zmarli przemawiają do nas   Tonhasca Júnior   2023-04-12
Wątpliwi pomocnicy    Tonhasca Júnior   2023-04-08
Uganda: aktywiści przeciwni biotechnologii szerzą dezinformację   Wetaya   2023-04-05
Anglia pozwala na uprawy poddane edycji genów   Novella   2023-04-03
Recenzja z książki  Can “The Whole World” Be Wrong?   Rose   2023-04-01
Psychologia ewolucyjna dla początkujących   Coyne   2023-03-27
“Konwergentna” ewolucja mrówek grzybiarek Starego i Nowego świata   Coyne   2023-03-23
Gigantyczna armia małych zabójców   Tonhasca Júnior   2023-03-22
Colin Wright broni binarności płci u zwierząt   Coyne   2023-03-15
AI: gorąca randka z “Sydneyem ”   Gotefridi   2023-03-15
Zmienić język w ekologii i biologii ewolucyjnej! Przykład anemii sierpowatej   Coyne   2023-03-13
Wzrost liczby nieobecnych ojców i towarzyszące temu społeczne problemy   Geary   2023-03-11
No pasarán    Tonhasca Júnior   2023-03-04
Dezinformacja o GMO: Kenijczykom będzie trudno podejmować racjonalne decyzje i to może kosztować życie   Mykonyo   2023-02-24
Twardy kwiat do zgryzienia    Tonhasca Júnior   2023-02-22
ChatGPT niemal zdaje lekarski egzamin końcowy   Novella   2023-02-21
“Rogi” trylobitów mogły być używane jako broń w walkach między samcami   Coyne   2023-02-15
Postmodernizm obnażony   Dawkins   2023-02-14
Powody naszych wierzeń. Jak i dlaczego irracjonalność trzyma nas w swoich szponach i jak możemy z tym walczyć?   Pinker   2023-02-13
Kiedy zapada noc i ziemia jest ciemna   Tonhasca Júnior   2023-02-10
W nowej książce jest słuszna krytyka idei, że są lepsze i gorsze gatunki, ale jest także błędne twierdzenie, że gatunki nie są realne   Coyne   2023-02-06
Kolczatki wydmuchują bąbelki śluzu z nosa, żeby się ochłodzić   Coyne   2023-02-02
Mali i zręczni influencerzy   Tonhasca Júnior   2023-01-31
Dowody na ewolucję: Bezwłose zwierzęta mają martwe geny na sierść   Coyne   2023-01-23
Krew, znój, łzy i pot   Tonhasca Júnior   2023-01-19
Bąkojady czyszczą nosorożce   Coyne   2023-01-18
Mózg używa geometrii hiperbolicznej   Novella   2023-01-16
O wspaniały nowy świecie   Tonhasca Júnior   2023-01-12
Ciepło zabija. Zimno zabija wielu więcej   Jacoby   2023-01-09
Po co badać przestrzeń kosmiczną?   Jacoby   2023-01-04

« 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