REKLÁM

Az élet molekuláris eredete: mi keletkezett először – fehérje, DNS vagy RNS vagy ezek kombinációja?

"Az élet eredetével kapcsolatos számos kérdésre megválaszolták a választ, de sok még a tanulmányozásra vár" - mondta Stanley Miller és Harold Urey még 1959-ben, miután beszámoltak aminosavak laboratóriumi szintéziséről primitív földi körülmények között. Sok előrelépés történt a pályán, de a tudósok régóta küzdenek egy alapvető kérdéssel – melyik genetikai anyag keletkezett először a primitív földön, a DNS vagy az RNS, vagy egy kicsit mindkettő? Jelenleg bizonyítékok vannak arra, hogy a DNS és az RNS együtt létezhetett az őslevesben, ahonnan az életformák a megfelelő genetikai anyagokkal együtt fejlődhettek.

A molekuláris biológia központi dogmája azt állítja DNS teszi a RNS teszi a fehérjék. A fehérjék felelősek a szervezetben végbemenő reakciók többségéért, ha nem az összesért. Egy szervezet teljes funkcionalitása nagymértékben függ azok jelenlététől és kölcsönhatásától fehérje molekulák. A központi dogma szerint a fehérjéket a benne foglalt információk állítják elő DNS amely az RNS nevű hírvivőn keresztül funkcionális fehérjévé alakul. Lehetséges azonban, hogy maguk a fehérjék is képesek életben maradni DNS vagy RNS nélkül, mint a prionok esetében (hibásan hajtogatott fehérjemolekulák, amelyek nem tartalmaznak DNS-t vagy RNS-t), de képesek önállóan is életben maradni.

Így az élet keletkezésének három forgatókönyve lehet.

A) Ha a fehérjék vagy építőkövei az őslevesben évmilliárdokkal ezelőtt létezett légkörben abiotikusan tudtak képződni, akkor a fehérjéket nevezhetjük az alapnak. az élet eredete. A javára szóló kísérleti bizonyíték Stanley Miller híres kísérletéből származik1, 2, amely kimutatta, hogy amikor metán, ammónia, víz és hidrogén keverékét összekeverik, és egy elektromos kisülésen keresztül keringetik, aminosavak keveréke képződik. Ezt hét évvel később ismét megerősítették3 1959-ben Stanley Miller és Harold Urey kijelentette, hogy a redukáló atmoszféra jelenléte az ősföldben szerves vegyületek szintéziséhez vezetett a fent említett gázok, valamint kisebb mennyiségű szén-monoxid és szén-dioxid jelenlétében. A Miller-Urey kísérletek relevanciáját a tudományos testvériség évekig megkérdőjelezte, és úgy gondolta, hogy a kutatásaik során használt gázelegy túlságosan redukáló az ősföldi viszonyokhoz képest. Számos elmélet a semleges atmoszféra felé mutatott, amely többlet CO2-t tartalmaz N2-vel és vízgőzzel4. A semleges atmoszférát azonban az aminosavak szintézisének elfogadható környezeteként is azonosították5. Ezenkívül ahhoz, hogy a fehérjék az élet eredeteként működjenek, önreplikációra van szükségük, ami különböző fehérjék kombinációjához vezet, hogy megfeleljen a szervezetben végbemenő különböző reakcióknak.

B) Ha az ősleves feltételeket biztosított az építőelemek számára DNS és/vagy RNS képződik, akkor ezek bármelyike ​​lehetett a genetikai anyag. A kutatás eddig az RNS-t részesítette előnyben, hogy az életformák eredetének genetikai anyaga legyen, mivel képesek önmagukra hajtogatni, egyetlen szálként léteznek és enzimként működnek.6több RNS molekula előállítására képes. Számos önreplikáló RNS enzim7 Az évek során felfedezték, hogy az RNS lehet a kiindulási genetikai anyag. Ezt tovább erősítette John Sutherland csoportjának kutatása, amely két RNS bázis képződéséhez vezetett az ősleveshez hasonló környezetben foszfát hozzáadásával a keverékbe.8. Az RNS építőelemek kialakulását a Miller-Urey-féle kísérletben használthoz hasonló redukáló atmoszféra szimulálásával is kimutatták (amely ammóniát, szén-monoxidot és vizet tartalmaz), majd elektromos kisüléseket és nagy teljesítményű lézereket vezettek át rajtuk.9. Ha az RNS-t kell az eredetnek hinni, akkor mikor és hogyan jött létre a DNS és a fehérjék? A DNS később genetikai anyagként fejlődött ki az RNS és a fehérjék instabil természete miatt. Mindezekre a kérdésekre a válaszok továbbra is megválaszolatlanok.

C) A harmadik forgatókönyv, amely szerint a DNS és az RNS együtt létezhet az őslevesben, amely az élet keletkezéséhez vezetett, a 3-án publikált tanulmányokból származik.rd 2020 júniusában John Sutherland csoportja a cambridge-i MRC Laboratóriumból, az Egyesült Királyságban. A kutatók azokat a körülményeket szimulálták, amelyek egy ősi Földön évmilliárdokkal ezelőtt léteztek, a laborban sekély tavakkal. Először vízben oldották fel az RNS-t alkotó vegyszereket, majd szárították és melegítették őket, majd UV-sugárzásnak tették ki, amely az ősidőben létező napsugarakat szimulálta. Ez nemcsak az RNS, hanem a DNS két építőelemének szintéziséhez vezetett, ami arra utal, hogy a két nukleinsav együtt létezett az élet keletkezésének időpontjában.10.

A mai ismeretek alapján és a molekuláris biológia központi dogmáját tiszteletben tartva hihetőnek tűnik, hogy a DNS és az RNS együtt létezett, ami az élet keletkezéséhez és a fehérjeképződéshez vezetett, később jött/történt.

A szerző azonban egy másik forgatókönyvet kíván kitalálni, ahol mindhárom fontos biológiai makromolekula, ti. A DNS, az RNS és a fehérje együtt létezett az őslevesben. Az őslevesben uralkodó zűrzavaros körülmények a földfelszín kémiai természetével, vulkánkitörésekkel és olyan gázok jelenlétével, mint az ammónia, metán, szén-monoxid, szén-dioxid és víz, ideálisak lehettek minden makromolekula kialakulásához. Erre utalnak Ferus és munkatársai által végzett kutatások, ahol a nukleobázisok ugyanabban a redukáló atmoszférában keletkeztek.9 Miller-Urey kísérletében használták. Ha hinnünk kell ennek a hipotézisnek, akkor az evolúció során a különböző élőlények átvették egyik vagy másik genetikai anyagot, amely elősegítette létezésüket.

Miközben azonban megpróbáljuk megérteni az életformák eredetét, sok további kutatásra van szükség ahhoz, hogy megválaszoljuk azokat az alapvető és releváns kérdéseket, amelyek az élet keletkezésével és terjedésével kapcsolatosak. Ehhez „out-of-the-box” megközelítésre lenne szükség, anélkül, hogy bármilyen előítéletre támaszkodnánk, amelyet a tudományban követett jelenlegi dogmák vezetnek be gondolkodásunkba.

***

Referenciák:

1. Miller S., 1953. Aminosavak termelése lehetséges primitív földi körülmények között. Tudomány. 15. május 1953.: 117. évf. 3046., 528. szám, 529-XNUMX. o. DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Prebiotic Soup – Revisiting the Miller Experiment. Tudomány 02. május 2003.: 300. évf. 5620, Issue 745, pp. 746-XNUMX DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. Miller SL és Urey HC, 1959. Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. Tudomány, 31. július 1959.: 130. évf. 3370., 245. szám, 251-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Légkör összetétele és éghajlata a korai Földön. Philos Trans R. Soc. Lond B Biol Sci 361:1733-1741 (2006). Közzétéve: 07. szeptember 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. A prebiotikus szerves szintézis újraértékelése semleges planetáris atmoszférában. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. A Tetrahymena közbülső RNS-szekvenciája egy enzim. Science, 31. január 1986.: 231. évf. 4737., 470. szám, 475-XNUMX. o. DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme. Tudomány 08. ápr.: évf. 332., 6026. szám, 209–212. o. (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Aktivált pirimidin ribonukleotidok szintézise prebiotikusan valószínű körülmények között. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Nukleobázisok kialakulása Miller–Urey redukáló atmoszférában. PNAS, 25. április 2017., 114 (17) 4306-4311; első közzététel: 10. április 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 RNS pirimidin és DNS purin nukleozidok szelektív prebiotikus képződése. Nature 582, 60–66 (2020). Közzétéve: 03. június 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

***

Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Dr. Rajeev Soni (ORCID azonosító: 0000-0001-7126-5864) Ph.D. Biotechnológia szakon a Cambridge-i Egyetemen, Egyesült Királyság gyógyszerkutatásban, molekuláris diagnosztikában, fehérjeexpresszióban, biológiai gyártásban és üzletfejlesztésben.

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

A genetikai tanulmányok feltárják, hogy Európának legalább négy különböző népességcsoportja van

Az Y kromoszóma azon régióinak tanulmányozása, amelyek...

A biztonságos ivóvíz kihívása: Új, napenergiával működő, otthoni, alacsony költségű víz...

A tanulmány egy új, hordozható, napenergiával működő gőzgyűjtő rendszert ír le...
- Reklám -
94,852VentilátorokMint
47,750KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás