Η θεωρία προέλευσης της ζωής που περιλαμβάνει το υβρίδιο RNA-πρωτεΐνης κερδίζει νέα υποστήριξη

Ο Carell και οι συνάδελφοί του εμπνεύστηκαν από τα ριβοσώματα – που παρουσιάζονται εδώ να μεταφράζουν μια αλυσίδα RNA.Credit: Omikron/Science Photo Library

Οι χημικοί λένε ότι έχουν λύσει ένα κρίσιμο πρόβλημα σε μια θεωρία της πρώιμης ζωής, αποδεικνύοντας ότι τα μόρια RNA μπορούν να συνδέσουν μικρές αλυσίδες αμινοξέων.

Τα συμπεράσματα, που δημοσιεύθηκαν στις 11 Μαΐου στο Φύση1υποστηρίζουν μια παραλλαγή του Υπόθεση «Κόσμος RNA».ο οποίος προτείνει ότι πριν από την εξέλιξη του DNA και των πρωτεϊνών που κωδικοποιεί, οι πρώτοι οργανισμοί βασίζονταν σε κλώνους RNA, ένα μόριο που μπορεί να αποθηκεύσει γενετικές πληροφορίες – με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοσιδίων A, C, G και U – και να ενεργεί ως καταλύτες για χημικές αντιδράσεις.

Η ανακάλυψη «ανοίγει τεράστιες και θεμελιωδώς νέους δρόμους αναζήτησης για την πρώιμη χημική εξέλιξη», λέει ο Bill Martin, ο οποίος μελετά τη μοριακή εξέλιξη στο Πανεπιστήμιο Heinrich Heine του Ντίσελντορφ στη Γερμανία.

Σε έναν κόσμο RNA, σύμφωνα με την τυπική θεωρία, η ζωή θα μπορούσε να υπήρχε ως σύνθετοι αλυσίδες πρωτο-RNA ικανές να αντιγράφουν τον εαυτό τους και να ανταγωνίζονται άλλους κλώνους. Αργότερα, αυτά τα «ένζυμα RNA» θα μπορούσαν να έχουν αναπτύξει την ικανότητα να παράγουν πρωτεΐνες και τελικά να μεταφέρουν τις γενετικές τους πληροφορίες σε πιο σταθερό DNA. Το πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό ήταν ένα ανοιχτό ερώτημα, εν μέρει επειδή οι καταλύτες που κατασκευάζονται αποκλειστικά από RNA είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματικοί από τα ένζυμα που βασίζονται σε πρωτεΐνες που βρίσκονται σε όλα τα ζωντανά κύτταρα σήμερα. “Παρόλο [RNA] Οι καταλύτες έχουν ανακαλυφθεί, η καταλυτική τους ισχύς είναι μηδενική», λέει ο Thomas Carell, οργανικός χημικός στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου στη Γερμανία.

READ  Το τηλεσκόπιο Webb αναπτύσσει σκίαστρο σε σχήμα διαμαντιού - Spaceflight Now

RNA ριβόσωμα

Ερευνώντας αυτό το αίνιγμα, ο Carell και οι συνεργάτες του εμπνεύστηκαν από τον ρόλο που παίζει το RNA στον τρόπο με τον οποίο όλοι οι σύγχρονοι οργανισμοί παράγουν πρωτεΐνες: ένας κλώνος RNA που κωδικοποιεί ένα γονίδιο (συνήθως αντιγράφεται από μια αλληλουχία βάσεων DNA) περνά μέσα από μια μεγάλη μοριακή μηχανή που ονομάζεται ριβόσωμα, το οποίο δημιουργεί την αντίστοιχη πρωτεΐνη ένα αμινοξύ τη φορά.

Σε αντίθεση με τα περισσότερα ένζυμα, το ίδιο το ριβόσωμα αποτελείται όχι μόνο από πρωτεΐνες, αλλά και από τμήματα RNA – και αυτά παίζουν σημαντικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών. Επιπλέον, το ριβόσωμα περιέχει τροποποιημένες εκδοχές των τυπικών νουκλεοσιδίων RNA A, C, G και U. Αυτοί οι εξωτικοί νουκλεοζίτες θεωρούνται από καιρό πιθανά υπολείμματα ενός αρχέγονου ζωμού.

Η ομάδα του Carell κατασκεύασε ένα συνθετικό μόριο RNA που περιελάμβανε δύο από αυτούς τους τροποποιημένους νουκλεοσίτες ενώνοντας δύο κομμάτια RNA που βρίσκονται συνήθως σε ζωντανά κύτταρα. Στην πρώτη από τις εξωτικές τοποθεσίες, το συνθετικό μόριο μπορούσε να συνδεθεί με ένα αμινοξύ, το οποίο στη συνέχεια μετακινήθηκε πλευρικά για να συνδεθεί με τον δεύτερο εξωτικό νουκλεοζίτη δίπλα του. Στη συνέχεια, η ομάδα διαχώρισε τους αρχικούς κλώνους RNA και έφερε ένα νέο, που έφερε το δικό της αμινοξύ. Ήταν στη σωστή θέση για να σχηματίσει έναν ισχυρό ομοιοπολικό δεσμό με το αμινοξύ που είχε προηγουμένως συνδεθεί στον δεύτερο κλώνο. Η διαδικασία συνεχίστηκε βήμα προς βήμα, αναπτύσσοντας μια μικρή αλυσίδα αμινοξέων – μια μίνι-πρωτεΐνη που ονομάζεται πεπτίδιο – η οποία προσκολλήθηκε στο RNA. Ο σχηματισμός δεσμών μεταξύ αμινοξέων απαιτεί ενέργεια, την οποία οι ερευνητές παρείχαν με την προετοιμασία των αμινοξέων με διάφορα αντιδραστήρια σε διάλυμα.

READ  Αστρονομικό ημερολόγιο: Σημειώσεις στον ουρανό το 2021

“Αυτό είναι ένα πολύ συναρπαστικό εύρημα”, λέει ο Martin, “όχι μόνο επειδή χαράζει μια νέα οδό για το σχηματισμό πεπτιδίων που βασίζονται σε RNA, αλλά επειδή αποκαλύπτει επίσης τη νέα εξελικτική σημασία των φυσικών τροποποιημένων βάσεων. του RNA”. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν έναν σημαντικό ρόλο που διαδραματίζει το RNA στην προέλευση της ζωής, αλλά χωρίς να απαιτείται ότι το RNA από μόνο του είναι αυτοαναπαραγόμενο, προσθέτει ο Martin.

Ο Λόρεν Γουίλιαμς, βιοφυσικός χημικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια στην Ατλάντα, συμφωνεί. «Εάν η προέλευση του RNA και η προέλευση των πρωτεϊνών συνδέονται και η εμφάνισή τους δεν είναι ανεξάρτητη, τότε τα μαθηματικά αλλάζουν δραματικά προς όφελος ενός κόσμου RNA-πρωτεΐνης και μακριά από έναν κόσμο RNA», είπε.

Για να δείξουν ότι αυτή είναι μια εύλογη προέλευση της ζωής, οι επιστήμονες πρέπει να λάβουν πολλά πρόσθετα βήματα. Τα πεπτίδια που σχηματίζονται στο RNA της ομάδας αποτελούνται από μια τυχαία αλληλουχία αμινοξέων, παρά από μια αλληλουχία που καθορίζεται από τις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο RNA. Ο Carell λέει ότι οι μεγαλύτερες δομές RNA θα μπορούσαν να έχουν τμήματα που διπλώνουν σε σχήματα που «αναγνωρίζουν» συγκεκριμένα αμινοξέα σε συγκεκριμένες θέσεις, αποδίδοντας μια καλά καθορισμένη δομή. Και μερικά από αυτά τα πολύπλοκα υβρίδια RNA-πεπτιδίου μπορεί να έχουν καταλυτικές ιδιότητες και να βρίσκονται υπό εξελικτική πίεση για να γίνουν πιο αποτελεσματικά. «Εάν το μόριο μπορεί να αναπαραχθεί, έχετε κάτι σαν μίνι-οργανισμό», λέει ο Carell.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.