Самое обоснованное утверждение, касающееся происхождения жизни - первичность молекул РНК по отношению к ДНК и сложным белкам

Относится к   «Список теоретических статей»

В статье суммированы основные известные автору доводы в пользу того, что полимерные молекулы РНК в живых системах возникли до возникновения молекул ДНК и кодируемого пептидного синтеза по крайней мере в современном его варианте.

Относится к разделу Молекулярная биология

Эта статья опубликована автором самостоятельно с помощью автопубликатора, отражает личное мнение автора и может не соответствовать мировоззренческой направленности сайта Fornit. Оценка публикации может даваться в виде голосования (значок качества) или обосновано в обсуждении. Ссылки на обе эти возможности есть внизу статьи.


В настоящее время можно считать не вызывающим сомнения тот факт, что появление первых живых систем, в которых наследственными информационными молекулами были ДНК, а не РНК, а также, что появление РНК в ЖС предшествовало появлению кодируемого пептидного синтеза. Аргументы в пользу этого утверждения столь сильны и многообразны, что вряд найдутся серьезные причины подвергнуть их сомнению. Ниже приводятся наиболее важные из таких аргументов.

 


1. Аргумент разнообразной ферментативной активности молекул РНК [Strobel S.A., Ryder S.P. 2001; Doudna J.A., Cech Т.R 2002]. Открытие каталитической активности РНК дало основание считать, что первые РНКовые молекулы могли функционировать и как геномы, и как ферменты.
Хотя созданы однонитевые ДНК, ферментативно расщепляющие РНК [Finkel E. 1999], что лишает РНК монополии на ферментативную активность среди нуклеиновых кислот, всё же диапазон выявленной в настоящее время ферментативной активности РНК уже достаточно велик, чтобы в отличие от ДНК, их можно было рассматривать как главных кандидат на однополимерную форму жизни, предшествующую современной.
В начале 90-х годов был разработан метод эволюции РНК in vitro («в пробирке»), или SELEX ([Select]ive Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), позволяющий из хаотических наборов полинуклеотидных последовательностей получать аптамерные комплексы, т.е. синтетические полинуклеотиды, специфически и с высоким сродством связывающие определенный лиганд. Этот метод дал возможность получать из пула случайных молекул РНК всевозможные рибозимы, способные эффективно катализировать большое количество необходимых реакций [Ellington A.D., Szostak J.W. 1990; Robertson  D.L., Joyce G.F. 1990; Tuerk C., Gold L. 1990], причём с эффективностью, на порядок превышающей аналогичные природные рибозимы [Strobel S.A. 2001a,b; Salechi-Ashtiani K., Szostak J.W. 2001], а также те виды активностей, которые в природе не обнаружены. К последним относятся молекулы РНК, способные катализировать реакции: аминоацилирования, репарации разрывов двухнитевой РНК, синтеза нуклеотида, образования пептидной связи [Zhang B., Cech T.R. 1997; Unrau P.J., Bartel D.P. 1998; Lee N. et al. 2000]. Наконец, получены рибозимы, катализирующие матричный синтез РНК по РНК [Johnston W.K., et al., 2001], и рибозимы, формирующие альтернативные варианты укладки РНК с разными каталитическими активностями [Schultes E.A., Bartel, 2000].

 


2. Аргумент существенно большей простоты репликации РНК по сравнению с ДНК. Репликация РНК, которую можно наблюдать в современных вирусах много проще репликации ДНК, так как, во-первых, ее осуществления требуется меньше типов белковых молекул, во-вторых для репликации ДНК необходимы РНКовые праймеры.

 


3. РНК в отличие от ДНК способна к саморекомбинации, поскольку механизм рекомбинации требует присутствия 2'-гидроксилов. Спонтанные перестройки полирибонуклеотидных последовательностей могли быть основным механизмом генераци новых вариантов молекул.

 


4. В современных клетках дезоксирибонуклеотиды образуются с помощью ферментативного восстановления рибонуклеотидов. Данная последовательность синтеза может рассматриваться как результат первоначального происхождения рибонуклеотидов.

 


5. Азотистое основание тимин, специфичное именно для ДНК, образуется вследствие метилирования РНКового основания урацила, то есть синтез последнего предшествует синтезу тимина.

 


6. В опытах по абиогенному синтезу рибоза образуюется существенно легче, чем дезоксирибоза.

 


7. В качестве ряда кофакторов для современных ферментов выступают молекулы, содержащие рибонуклеотиды, а не дезоксирибонуклеотиы. В 1989 г., химик и специалист по молекулярной эволюции С.Беннер с коллегами рассмотрели современный молекулярный катализ как комплекс недавно возникших черт, наложенных на более древние свойства, останки предковой жизни [Benner S.A. 1989]. Свою работу они назвали "Современный метаболизм как палимпсест мира РНК". (Палимпсест означает то, что написано на месте прежнего текста). Древние процессы, доставшиеся современным организмам от РНК-мира, должны характеризоваться следующими признаками: 1) в процесс должна быть вовлечена РНК; 2) химические свойства РНК собственно не должны быть существенны для выполнения функции; 3) функция может выполняться и не содержащими РНК компонентами, причем более эффективно. Нуклеотидные кофакторы следует отнести к молекулярным ископаемым: эти вещества оказались «привязанными» к большому количеству ферментативных реакций, и поэтому не могут быть элиминированы естественным отбором.
Этим трём требованиям удовлетворяют некоторые кофакторы: никотинамиддинуклеотид (NAD+), S-аденозилметионин, кофермент А, флавин-адениннуклеотид (FAD), АТP и другие нуклеотидтрифосфаты. Эти кофакторы представлены во всех трех доменах жизни. Важно, что их РНК-овые составляющие не существенны для выполнения кофакторами своих функций [Benner S.A.et al. 1987]. Так, в качестве кофактора АТP является донором фосфата для некоторых ферментов-киназ, но эту же функцию выполняет пирофосфат, не содержащий нуклеотидов. Донорами метильной группы являются как S-аденозилметионин, так и S,S-диметилтиоацетат. Скорее всего, у общего предка существовали процессы, в которых участвовали перечисленные кофакторы, а наличие именно РНКовой составляющей обусловлено именно тем, что РНКовый метаболизм был основным в мире РНК.

 

8. Ключевыми аргументами, говорящими о предшествовании появления кодируемого пептидного синтеза РНК-миру являются следующие:

- Для кодируемого пептидного синтеза необходимы РНКовые (а не ДНКовые) матрицы, РНКовые адапторные молекулы (т-РНК), а структура, синтезирующая белок, (рибосома) представляет рибонуклеопротеидный комплекс. Хотя отсутствуют прямые данные о существовании РНКовых организмов, «лицо» РНКового мира обнаруживается в молекулярных реликтах, присутствующих во всех живых клетках, прежде всего в аппарате трансляции.

- Структура белок-синтезирующих фабрик - рибосом - определяется в первую очередь струтурой РНК, не входящих вних белков.

"...свернутая молекула высокополимерной рибосомной РНК - это структурное ядро рибосомной субчастицы, определяющее и ее компактность, и ее форму, и организацию на ней рибосомных белков. Другими словами, будет не очень большим преувеличением сказать, что рибосома есть прежде всего ее РНК" (Принципы структуры рибосом)

- Реакцию образования пептидной связи на рибосомах непосредственно катализируют не белковые субъединицы, а молекулой рибосомной РНК. При этом детальный структурно-функтциональный анализ рибосом говорит о том, что непосредственно исходной функциональной молекулой — «проторибосомой», с которой началась эволюция рибосомы, был пептидил-трансферазный центр (PTC) пятого домена молекулы 23S-рРНК. (Тайна происхождения рибосом разгадана?).

- Молекулы, полученные из тРНК с помощью метода "эволюции в пробирке", способны также катализировать первую стадию кодируемого пептидного синтеза - аминоацилировать молекулы тРНК (присоединять к их акцепторному стеблю аминокилоты) или же аминоацилироваться [Lee N. et al. 2000].

.

Таким образом, имеющиеся экспериментальны данные свидетельствуют о том, что молекулы РНК потенциально способны в отсутсвие сложных белков катализировать все непосредственные ключевые этапы кодируемого пептидного синтеза - аминоацилирование тРНК и синтез белка на РНК-проторибосоме.

 

Литература.

Benner S.A., Ellington, A.D., Tauer A. Modern metabolism as a palimpsest of the RNA world. Proc. Nat. Acad. Sci. 1989. V.86 P.7054-7058.

 Ellington A.D., Szostak J.W. In vitro [Select]ion of RNA molecules that bind specific ligands // Nature. 1990. V. 346. №6287. P. 818-822.

 Finkel E. DNA cuts its teeth — as an enzyme // Science. 1999. V. 286. P. 2441-2442.

 Johnston W.K., Unrau P.J., Lowrence M.S. et al. RNA-catalyzed RNA polymerization: accurate and general RNA-templated primer extension // Science. 2001. V. 292. P. 1319–1325.

Lee N., Bessho Y., Wei K., Szostak J.W., Suga H. Ribozymecatalyzed tRNA aminoacilation. // Nature Struct. Biol. 2000. V.7. P.28-33.

Robertson  D.L., Joyce G.F. [Select]on in vitro of an RNA enzyme that specifically cleaves single-stranded DNA. Nature 1990. V.344. P.467-468.

 Salechi-Ashtiani K., Szostak J.W. In vitro evolution suggests multiple origins for the hammerhead ribozyme. // Nature. 2001. V. 414. P. 82-84.

Schultes E.A., Bartel D.P. One sequence. Two ribozyme: implication for the emergence of new ribozyme folds // Science. 2000. V. 289. P. 448-451.

 Strobel S.A. Biological catalysis: Repopulating the RNA World // Nature. 2001a. V. 411. P. 1003-1004.

Strobel S.A., Ryder S.P. Biological catalysis: the hairpin's turn // Nature. 2001b. V. 410. P. 761-763.

Tuerk C., Gold L. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment // Science. 1990. V. 249. P. 505–510.

Unrau P.J., Bartel D.P. RNA-catalized nucleotide synthesis // Nature. 1998. V. 395. P. 260-263.

Zhang B., Cech T.R. Peptide bond formation by in vitro [Select]ed ribozymes. // Nature. 1997. V.338. P.217-224.

 



Автор LUCA
Список публикаций >>

Обсуждение Еще не было обсуждений.



Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе: Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.

Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

В предметном указателе: Без веры нет духовности | Безусловная вера | божестевенный акт творения | Виртуальные шаблоны понятий | Журнал Достижения науки, техни... | Непознаваемое | Новости науки и техники | О мистике, ее сути и свойствах | Путь самосовершенствования | Самосознание личности | О картине мира и чем они обосн... | Основные методы необоснованного завышения объема и стоимости выполненных строительно-монтажных и ремонтно-строительных работ и методы определения завышения | Обсуждение статьи Правило Лагерквиста. Физико-химическое обоснование симметрий и соотношений Румера. | Эволюционное обоснование появления сознания | Экспериментальные обоснования периода доверчивого обучения | Правило Лагерквиста. Физико-химическое обоснование симметрий и соотношений Румера. (LUCA) | Фильмы воспоминаний - последовательность касаний сознанием самых разных образов восприятия | Материя | О происхождении видов Ч.Дарвин | Проблема происхождения интеллекта | Происхождение жизни | Происхождение и эволюция человека | Происхождение и эволюция человека, Н.Я.Эйдельман | Происхождение личности и интеллекта человека, А.Невзоров, комментарии | Африканское происхождение человечества | Происхождение цветов в языке, или Какой назвали первым, красный или синий? | Происхождение жизни: белки и РНК | Бог | Жизнь после смерти | Здоровый образ жизни | Как найти смысл жизни | Критика Тихоплавов | Магия мозга и лабиринты жизни ... | Мистические теории | Непознанное | Победа над смертью | Поиск смысла жизни | Первичные депрессивные расстройства: этиология и патогенез | Первичные ДНК на Земле формировались подобно жидким кристаллам | Первичные, вторичные и третичные поля коры | Тайны двух полушарий раскрывает молекула | МОЛЕКУЛЫ В ДЕЛЕ: НАБЛЮДАЯ ЗА БЕЛКАМИ | Звёзды не дают молекулам распадаться | Новый метод позволяет точно предсказывать энергию взаимодействия двух молекул, удалённых на значительное расстояние | Дипольный момент электрона: измерения в молекулярных пучках | Усложнение организма у древних животных было связано с появлением новых регуляторных молекул | Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне | Ученые создали на основе молекул ДНК нано-робота | Создано первое спинтронное устройство на органических молекулах | Принцип работы наномолекулярных моторов | Взаимоотношения церкви и государства на современном этапе российской истории | Какое отношение болезнь мозга имеет к христианству? | Культура отношений, коммуникативное поведение: гендерные различия. | Межличностные отношения | Отношение | Отношение Эйнштейна к религии | Позитивное отношение к боли — залог легких родов! | Психология семейных отношений | СЕКТА ГРАБОВОГО НЕ ИМЕЕТ НИКАКОГО ОТНОШЕНИЯ К РЕЛИГИИ? | Эволюция межличностных отношений в семье | Просто о сложном: Что такое 6 сигм (6 sigma) | Ахиллесова пята биологической сложности | Сложность организма связана обратной зависимостью с содержанием тирозина в белках | Геном актинии оказался почти таким же сложным, как у человека | Открыто новое явление в физике сложных систем — резонанс, порожденный разнообразием | Сложные РНК-переключатели — новый механизм регуляции генов | Способность к сложному коллективному поведению может возникнуть благодаря единственной мутации | Структура электромагнитных полей в веществе оказалась сложнее, чем считалось ранее | Новый тип сложных сетей | Белковая наследственность - новая глава генетики | СИНТЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ И БЕЛКОВ | Адрес доставки белка указан уже в матричной РНК | У животных, впадающих в спячку, нервные клетки обогреваются белком термогенином | Полёт шмеля задействует тот же белковый механизм, что и полёт птицы | БЕЛКОВОЕ РАССТРОЙСТВО: КТО В ОТВЕТЕ ЗА ВСЁ | Долгосрочная память раскрылась в одном белке | Развитие нервной системы и иммунитета у насекомых контролируется одним и тем же белком
Последняя из новостей: Невероятное у нормальных людей и животных стимулирует исследовательское поведение, а очевидное заставляет оставаться при своем мнении: Протест очевидности или почему люди спорят?.

Ученые создали первый в мире искусственный организм с одной хромосомой
Вооруженные генетическим редактором CRISPR ученые сумели создать вполне жизнеспособный искусственный организм, геном которого состоит всего из одной хромосомы. Тем самым, как сообщает авторитетный журнал Nature, был установлен новый мировой рекорд.
 посетителейзаходов
сегодня:11
вчера:11
Всего:38124257

Авторские права сайта Fornit
Яндекс.Метрика