7. Концепция «Мир рнк»

Гипотетический этап возникновения жизни на Земле, когда функцию хранения генетической информации, так и катализ химических реакций выполняли молекулы РНК. Впоследствии из них возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды. Идея мира РНК была впервые высказана К. Вёзе (1968), позже развита Оргелом и окончательно сформулирована Гильбертом (1986).

В начале 1980-х годов в лаборатории Т. Чека и С. Олтмана в США была открыта каталитическая способность РНК. По аналогии с ферментами РНК-катализаторы были названы рибозимами. Более того, оказалось, что активный центр рибосом содержит большое количество рРНК. Также РНК способны создавать двойную цепочку и самореплицироваться.

Таким образом, РНК могли существовать полностью автономно, катализируя «метаболические» реакции, например, синтеза новых рибонуклеотидов и самовоспроизводясь, сохраняя из «поколения» в «поколение» каталитические свойства.

Накопление случайных мутаций привело к появлению РНК, катализирующих синтез определённых белков, являющихся более эффективным катализатором, в связи, с чем эти мутации закреплялись в ходе естественного отбора. С другой стороны возникли специализированные хранилища генетической информации — ДНК. РНК сохранилось между ними как посредник.

Участие молекул РНК в критически важных процессах жизнедеятельности клетки:

1. Основной носитель энергии в клетках — АТФ — это рибонуклеотид, а не дезоксирибонуклеотид.

2. Биосинтез белка почти целиком осуществляется с помощью различных видов РНК:

   • матричные – м-РНК являются матрицей для синтеза белка в рибосомах;

   • транспортные т-РНК доставляют аминокислоты к рибосомам и реализуют генетический код;

   • рибосомная р-РНК составляет активный центр рибосом, катализирующий образование пептидной связи между аминокислотами.

3. Для репликации ДНК также критически важна РНК:

   • для начала процесса удвоения ДНК необходима РНК-"затравка" (праймер);

   • для удвоения ДНК производится постоянное восстановление концевых участков хромосом (теломер) ферментом теломеразой, в состав которого входит РНК-матрица.

4. В процессе обратной транскрипции информация из РНК переписывается в ДНК.

5. В процессе созревания РНК используются различные РНК, не кодирующие белки, включая малые ядерные РНК, малые ядрышковые РНК.

Кроме того, многие вирусы хранят свой генетический материал в виде РНК и поставляют в заражённую клетку РНК-зависимую РНК-полимеразу для его репликации.

8.Абиогенный синтез рнк

В 1975 году М. Сампер и Р. Льюс продемонстрировали, что в смеси, вообще не содержащей РНК, а содержащей только нуклеотиды и Qβ-репликазу, может при определённых условиях спонтанно возникнуть самореплицирующаяся РНК. В 2009 году группе учёных под руководством Д. Сазерленда (США) удалось продемонстрировать возможность синтеза уридина и цитидина с высокой эффективностью и степенью закрепления результата реакции (а также с возможностью накопления конечных продуктов) в условиях ранней Земли. В то же время, хотя абиогенный синтез пуриновых оснований продемонстрирован достаточно давно (в частности, аденин является пентамером синильной кислоты), их гликозилирование свободной рибозой аденозина и гуанозина пока показано лишь в малоэффективном варианте.

9.Пре-РНК миры

1. Биохимик Р. Шапиро критикует гипотезу РНК-мира, считая, что вероятность спонтанного возникновения РНК, обладающей каталитическими свойствами, очень низка. Взамен гипотезы «вначале была РНК», он предлагает гипотезу «вначале был метаболизм». Эта концепция близка к коацерватной гипотезе абиогенеза, предложенной А. И. Опариным в 1924 г.

2. Другой гипотезой абиогенного синтеза РНК (2004), призванной решить проблему низкой вероятности синтеза РНК, является гипотеза мира полиароматических углеводородов и предполагающая синтез молекул РНК на основе стека из полиароматических колец.

Фактически, обе гипотезы «пре-РНК миров» не отвергают гипотезу мира РНК, а модифицируют её.