RNA svět

Rozdíl ve struktuře RNA a DNA

RNA svět je hypotetická představa o jedné z fází vzniku života na Zemi. Reaguje na problematický způsob vzniku živých organismů vzhledem k jejich genetickému kódu. Replikaci současných organismů totiž zajišťuje molekula DNA. Ta předává informaci proteinům (enzymům), ale bez jejich existence a katalýzy sama nemůže vznikat, replikovat se. DNA a proteiny proto mohou při přenosu informace fungovat pouze společně, není možné říci, co se vyvinulo dřív. Přímý vznik živé buňky s takto složitým systémem replikace je ve smyslu moderní vědecké abiogeneze nemyslitelný. Řešení problému se proto hledalo s předpokladem, že dnešnímu životu, kódovanému pomocí DNA, předcházely organismy s jednodušším replikačním systémem. Tento způsob navrhli nezávisle na sobě v 60. letech 20. století Carl Woese, Francis Crick a Leslie Orgel. Přelomem se stal až v 80. letech 20. století objev katalytických funkcí informační molekuly RNA. Systém přenosu informací v prvních živých organismech by tak mohl být založen pouze na RNA, která by v sobě spojovala vlastnosti nukleové kyseliny i proteinů.[1] Termín RNA svět poprvé použil Walter Gilbert v roce 1986.[2]

Struktura jednoho ze současných ribozymů, RNA molekul schopných katalýzy; objev takových a dalších podobných RNA molekul rozdmýchal myšlenku RNA světa

Podle teorie RNA světa tvořily první živé systémy na Zemi „nahé“ samoreplikující se molekuly RNA bez membrány.[3][4] Ribonukleová kyselina zajišťovala současně přenos genetické informace i katalýzu biochemických reakcí. Během dalšího vývoje byla nahrazena dokonalejším systémem DNA a proteinů.[5] RNA poté zůstalo vyhrazeno množství drobných, ale zásadních funkcí. Původní katalytická funkce ribonukleové kyseliny se dodnes zachovala jako ribozymy, které „překládají požadavky DNA proteinům“.[5]

Sporné otázky

Ačkoliv teorie RNA světa je v současnosti všeobecně uznávaná, přijímaná a hojně rozvíjená, stále má citelné slabiny. K prokázání pravdivosti této hypotézy chybí jakékoliv nálezy prvotních organismů v geologickém záznamu. Mnohé laboratorní experimenty byly úspěšné, odhalily však zatím jen zlomky možných reakcí. Dosud nejsou známé ani žádné organismy, které by mohly v RNA světě fungovat. Tehdejší metabolismus musel být zcela odlišný od současných mechanismů.[4] Stále také panují velké nejasnosti o vzniku molekul RNA v prebiotickém světě. Jejich syntéza by byla v tehdejším prostředí podle současných poznatků velmi komplikovaná.[6]

Doslova Achillovou patou teorie RNA světa je však velmi malá stabilita molekul ribonukleové kyseliny. Existence nechráněných molekul je v prostředí rané Země téměř vyloučená. I kdyby jejich syntéza proběhla, velmi rychle by se opět rozložily, zejména pod vlivem silného ultrafialového záření necloněného ozónem.[7]

Další námitky (byť nemusí být tak podstatné) existují v souvislosti s přechodem mezi RNA a DNA světem. Molekuly kombinující stavební prvky RNA a DNA (ribózu a deoxyribózu) jsou málo stabilní (Phys.org, česky: Osel, Sciencemag).

Dosud se rovněž nepodařilo připravit plně funkční molekulu RNA, která by zvládla svou replikaci - dokázala by sama autokatalyticky složit svou kopii ze základních jednotek RNA (nukleotidů).

I tak je RNA svět zřejmě převládající teorií, pokud jde o popis toho, jak vznikl současný systém s DNA a proteiny. Sporné ovšem je, zda RNA svět existoval v nějak čisté podobě, zda už např. i v něm nehrály proteiny nějakou roli.

Život ale také mohl vznikat už z RNA a DNA.[8] Molekula 2-thiouridin, která je modifikací uridinu z RNA, může přejít fotoredukcí na 2′-deoxy-2-thiouridin. Z něj může v prebiotických podmínkách také vzniknout 2-deoxyribóza a 2′-deoxyadenosin, které jsou základem DNA. Na vývoji se mohla podílet i ANA.[9]

Pre-RNA svět

Řešení problému vzniku RNA světa se hledá v existenci jednodušších polymerů, které mohly v prebiotickém prostředí snáze vznikat a být stabilní, zároveň však měly podobné schopnosti jako RNA – možnost přenosu informací a autoreplikace. To znamená, že RNA světu předcházel pre-RNA svět. Dosud však není uspokojivě vyřešen charakter takové pre-RNA sloučeniny. V současných organismech po ní není dochovaná žádná jasně patrná stopa a také mechanismus pozdější přeměny pre-RNA světa v RNA svět je velmi nejasný.[10] Podobně problematické je i pozdější převzetí úlohy replikace molekulou DNA.

Nejčastěji se za předchůdce ribonukleové kyseliny považuje peptidová nukleová kyselina (PNA).[4] Možnost vzniku aminokyselin z abiotických sloučenin na rané Zemi byla dostatečně prokázána a z těchto monomerů pak mohly vznikat krátké polymery – peptidy. Právě peptidy jsou rovněž schopné přenášet informaci, ale mohly být na dávné Zemi stabilnější než RNA. Sice nejsou tak efektivní jako RNA a DNA, ale v podmínkách rané Země mohly mít proti současným nukleovým kyselinám nesporné přednosti.[7][10]

Kromě PNA existují i další alternativy – mezi častěji uvažované molekuly patří threosová nukleová kyselina (TNA) nebo pyranosyl-RNA. Všechny dosud navržené sloučeniny však mají nějaká negativa.[11]

Reference

  1. ↑ KÖNNYŰ, B., Czárán, T., Szathmáry, E. Prebiotic replicase evolution in a surface-bound metabolic system: parasites as a source of adaptive evolution. BMC Evolutionary Biology. 2008, roč. 8, s. 267. 
  2. ↑ GILBERT. Origin of life: the RNA world. Nature. 1986, roč. 319, s. 618. 
  3. ↑ LINE, M. A. The enigma of the origin of life and its timing. Microbiology. 2002, roč. 148, s. 21–27. 
  4. ↑ a b c LAZCANO, A., Miller, S. L. The origin and early evolution of life: prebiotic chemistry, the pre-RNA world, and time. Cell. 1996, roč. 85, s. 793–798. 
  5. ↑ a b JEFFARES, D. C., Poole, A. M. Were bacteria the first forms of life on Earth?. ActionBioscience [online]. Prosinec 2000 [cit. 17.12.2012]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2012-11-26. 
  6. ↑ SCHUSTER, P. Evolution in silico and in vitro: the RNA model. Biological chemistry. 2001, roč. 382, s. 1301–1314. Dostupné online. 
  7. ↑ a b FITZ, D., Reiner, H., Rode, B. M. Chemical evolution toward the origin of life. Pure and Applied Chemistry. 2007, roč. 79, s. 2101–211. 
  8. ↑ https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/prebiotic-chemistry-shows-how-dna-building-blocks-might-have-arisen-at-the-origin-of-life/ - Prebiotic chemistry shows how DNA building blocks might have arisen at the origin of life
  9. ↑ https://phys.org/news/2020-01-evidence-blocks-life-earth-messier.html - New evidence shows the first building blocks of life on Earth may have been messier than previously thought
  10. ↑ a b CARNY, O., Gazit, E. A model for the role of short self-assembled peptides in the very early stages of the origin of life. The FASEB Journal. 2005, roč. 19, s. 1051–1055. 
  11. ↑ JOYCE, G. F. RNA evolution and the origins of life. Nature. 1989, roč. 338, s. 217–224. 

Odkazy

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!