Мир РНК
-
Мир РНК: гипотеза и история
- Мир РНК — гипотетический этап в эволюции жизни, где самовоспроизводящиеся молекулы РНК размножались до эволюции ДНК и белков.
- Термин введен Александром Ричем в 1962 году и Уолтером Гилбертом в 1986 году.
- Гипотеза о мире РНК остается наиболее предпочтительной парадигмой абиогенеза, но не получила убедительных доказательств.
-
Свойства РНК
- РНК может хранить и воспроизводить генетическую информацию, как ДНК.
- РНК-ферменты (рибозимы) катализируют химические реакции, важные для жизни.
- Рибосома состоит в основном из РНК.
- Рибонуклеотидные фрагменты в коферментах могут быть остатками ковалентно связанных коферментов в мире РНК.
-
Эволюция и стабильность
- РНК хрупка, но некоторые древние РНК могли метилировать другие РНК для защиты.
- За миром РНК последовала эпоха рибонуклеопротеидов, открывшая эру ДНК и белков.
- ДНК обладает большей стабильностью и долговечностью, что объясняет её преобладание в хранении информации.
-
Альтернативные гипотезы
- Альтернативные химические пути к жизни, такие как пре-РНК, также рассматривались.
- Химически правдоподобная генерация «простых» нуклеиновых кислот в пребиотических условиях не продемонстрирована.
-
РНК как регулятор
- Рибопереключатели регулируют экспрессию генов у бактерий, растений и архей.
- Рибопереключатели изменяют свою вторичную структуру в ответ на связывание метаболита.
- РНК-термометры регулируют экспрессию генов в ответ на изменение температуры.
-
РНК и её роль в жизни
- РНК может выполнять задачи, которые сейчас выполняют белки и ДНК.
- Некоторые вирусы используют РНК как генетический материал.
- В экспериментах не были обнаружены нуклеотиды, но их образование возможно в пребиотических условиях.
-
Химические пути синтеза нуклеотидов
- Пуриновое основание аденин используется как источник энергии в клетке.
- Гуанозинтрифосфат, цитидинтрифосфат и уридинтрифосфат не используются в живых клетках.
- Рибозимы могут противостоять избирательному давлению.
-
Синтез пиримидиновых нуклеотидов
- Пиримидиновые нуклеотиды синтезированы пребиотическим путём.
- Джон Сазерленд и его команда показали, что рибонуклеотиды могут быть получены из простых химических соединений.
- Фотоаномеризация позволяет получить правильную стереохимию.
-
Космические и пребиотические источники
- Строительные блоки РНК могли образоваться в космосе.
- Метеориты могли быть источником строительных блоков РНК.
- Гликолевый альдегид обнаружен в далёкой звёздной системе.
-
Синтез пребиотической РНК
- Нуклеотиды соединяются, образуя РНК.
- Определённые последовательности пар оснований обладают каталитическими свойствами.
- Автокаталитические рибозимы могут самовоспроизводиться.
-
Эволюция ДНК
- Джеффри Димер и Кен Стедман обнаружили доказательства перехода от РНК к ДНК.
- Вирусы в горячем кислом озере могут быть примером такого перехода.
-
Вирусы и переход от РНК к ДНК
- Вирусы могли преобразовывать ген на основе РНК в ДНК и встраивать его в более сложный геном.
- Это подтверждает передачу информации из мира РНК в мир ДНК до появления последнего универсального общего предка.
-
Вироиды и мир РНК
- Вироиды поражают растения и состоят из коротких участков РНК без белковой оболочки.
- Вироиды могут быть реликтами мира РНК, но их эволюция может быть связана с более поздними механизмами.
-
Происхождение полового размножения
- Протоклетки состояли из одноцепочечной РНК и имели гаплоидный геном.
- Диплоидия и полиплоидия могли бы снизить уязвимость к повреждениям, но требовали бы значительных ресурсов.
- Гаплоидное размножение с периодическим слиянием может быть примитивной формой полового цикла.
-
Гипотезы о происхождении РНК
- Патрик Фортерр предполагает, что вирусы сыграли важную роль в переходе от РНК к ДНК.
- Синтез РНК мог быть обусловлен температурными градиентами.
- Альтернативные гипотезы включают мир до РНК, мир ПАУ, железосернистый мир и панспермию.
-
Коэволюция РНК-пептидов
- Двухмолекулярная система, где РНК необходима для синтеза белка, а пептиды для получения полимеров нуклеиновых кислот, может быть первоначальной формой жизни.
-
Гипотеза мира РНК
- РНК содержит инструкции для жизни
- Пептиды ускоряют химические реакции для выполнения инструкций
- Вопрос о самовоспроизведении остается открытым
-
Исследования и открытия
- В 2015 году группа Sutherland group показала образование химических компонентов белков и липидов в потоках воды
- В 2017 году команда из Исследовательского института Скриппса выявила реакции с диамидофосфатом, связывающие химические компоненты в пептидные и липидные цепочки
-
Последствия гипотезы
- Гипотеза о мире РНК ставит РНК в центр внимания при возникновении жизни
- Рибосомы являются рибозимами, каталитический центр состоит из РНК
- Образование пептидной связи катализируется остатком аденина в рРНК
-
Роль РНК в клеточных процессах
- РНК играют важную роль в каталитических процессах, нацеливании ферментов и регуляции генов
- У эукариот обработка пре-мРНК и редактирование РНК происходят в местах, определяемых спариванием оснований
- Поддержание теломер связано с копированием матрицы РНК, входящей в состав теломеразы
- Свод включает рибонуклеопротеиновый компонент, функция которого еще не выяснена
-
Другие гипотезы и теории
- GADV-гипотеза о белковом мире
- Основные переходы в эволюции
- Эволюция на основе РНК
- Протоклетка или предклеточная форма, содержащая РНК и позже ДНК
- Первый универсальный общий предок (FUCA)