Przez d│ugi czas uwa┐ano, ┐e jedynie bia│ka maj▒ w│a╢ciwo╢ci katalityczne, jednocze╢nie postuluj▒c ich pierwotn▒ i najwa┐niejsz▒ rolΩ w powstawaniu ┐ycia. Okaza│o siΩ jednak, ┐e informacja o budowie bia│ek jest zakodowana w kwasach nukleinowych. Nie wykryto jednocze╢nie, odwrotnej mo┐liwo╢ci przep│ywu informacji (tzn. od bia│ek do kwas≤w nukleinowych). Powsta│ problem, co by│o pierwsze: kwasy nukleinowe czy bia│ka? Je┐eli za│o┐ymy, ┐e kwasy nukleinowe pojawi│y siΩ pierwsze w ewolucji, powstanie pytanie co odpowiada│o za ich replikacje. Przy za│o┐eniu pierwotno╢ci bia│ek nierozwi▒zany pozostanie problem dziedziczenia ich sekwencji.

Paradoks typu "co by│o wcze╢niej - kura czy jajko" zosta│ rozwi▒zany po odkryciu katalitycznych w│a╢ciwo╢ci RNA (T. Cech 1981). Okaza│o ┐e cz▒steczki RNA, s▒ zdolne do katalizowania reakcji przy│▒czania i od│▒czania rybonukleotyd≤w (odno╢nik). Cz▒steczki te nazwano rybozymami. Badania tego zagadnienia pozwoli│y stwierdziµ, ┐e zdolno╢µ katalizowania reakcji biochemicznych przez rybozymy, umo┐liwiona jest dziΩki przybieraniu r≤┐norodnych struktur drugo- i trzeciorzΩdowych (odno╢nik).

Odkrycie rybozym≤w zrewolucjonizowa│o pogl▒dy na temat pierwotnych faz ewolucji biosfery. Postuluje siΩ, ┐e pierwszymi cz▒steczkami zdolnymi do replikacji by│y w│a╢nie rybozymy. Poniewa┐ by│y to │a±cuchy z│o┐one z nukleotyd≤w, mog│y stanowiµ matrycΩ, na podstawie kt≤rej syntetyzowane by│y nowe kopie o komplementarnej sekwencji. Do syntezy nowych nici wykorzystywane by│y rybonukleotydy, rozpuszczone w tzw. "bulionie pierwotnym". Natomiast reakcja przy│▒czania kolejnych cegie│ek RNA (rybonukleotyd≤w), katalizowana by│a przez rybozymy same w sobie.

Oczywi╢cie powielanie rybozym≤w nie zachodzi│o w spos≤b doskona│y. Podczas replikacji tych pierwotnych "replikator≤w", powstawa│y b│Ωdy spowodowane ich niedoskona│o╢ci▒ oraz brakiem mechanizm≤w naprawczych. Taki stan rzeczy pozwoli│ na wytworzenie ogromnego zr≤┐nicowania w╢r≤d powielanych cz▒steczek RNA.

W rozwa┐aniach z czΩ╢ci PojΩcie doboru naturalnego, powiedziano, ┐e do tego, aby z prostych, losowych uk│ad≤w mo┐liwe by│o otrzymanie uk│ad≤w o wysokim stopniu komplikacji na drodze doboru, potrzebne s▒ dwa elementy: kopiowanie z b│Ωdami oraz selekcja ("dob≤r kumulatywny"). Wiadomo, ┐e z szerokiego spektrum "replikator≤w" jedne replikowa│y lepiej od drugich. Potomne cz▒steczki wykazywa│y r≤┐ne aktywno╢ci w zale┐no╢ci od pH, stΩ┐enia soli, dodatkowo niekt≤re z nich mog│y nabyµ zdolno╢ci do hydrolizowania innych cz▒steczek RNA. Taka sytuacja by│a doskona│a dla dzia│ania doboru naturalnego., kt≤ry selekcjonowa│ cz▒steczki efektywniejsze katalitycznie.

Zatem, w pierwszej, hipotetycznej fazie ewolucji biosfery zasadnicz▒ rolΩ odgrywa│o RNA o w│a╢ciwo╢ciach katalitycznych. FazΩ tΩ nazwano "╢wiatem RNA". Pojedynczy replikuj▒cy siΩ rybozym by│ zar≤wno materia│em genetycznym, jak i enzymem katalizuj▒cym w│asn▒ replikacjΩ - genotypem i fenotypem.

Jednak┐e uk│ad oparty na rybozymach nie by│ doskona│y, ze wzglΩdu na niestabilno╢µ chemiczn▒ RNA. Ewoluuj▒ce uk│ady o coraz wy┐szym stopniu komplikacji nie mog│y sobie pozwoliµ na mechanizmy oparte na RNA, gdy┐ powstrzymywanie rozpadu oraz naprawa uszkodze± poszczeg≤lnych element≤w by│aby niekorzystna pod wzglΩdem energetycznym. Przyroda musia│a wytworzyµ nowy system katalizy i zapisu informacji dziedzicznej.

Lepszymi katalizatorami okaza│y siΩ, du┐o bardziej odporne na hydrolizΩ bia│ka. Tu pojawi│ siΩ nowy problem. Bia│ka nie mog▒ siΩ replikowaµ. Zatem nawet te najbardziej efektywne katalitycznie bia│ka nie mog▒ mieµ znaczenia ewolucyjnego, gdy┐ ich sekwencja aminokwasowa nie mo┐e byµ dziedziczona. Dob≤r naturalny nie mo┐e dzia│aµ na uk│ady nie replikuj▒ce siΩ (odno╢nik). Aby mog│o doj╢µ do rozpowszechnienia katalizy opartej na bia│kach, konieczne by│o utworzenie zale┐no╢ci miΩdzy bia│kami a elementem zdolnym do replikacji - RNA. Nie wiadomo dok│adnie jak wygl▒da│y etapy ewolucji, kt≤rych efektem by│o powstanie kodu genetycznego i powi▒zanego z nim aparatu translacyjnego.

RolΩ przechowywania informacji genetycznej przejΩ│o dwuniciowe DNA. Znowu nie wiadomo dok│adnie jak i kiedy DNA sta│o siΩ materia│em genetycznym. Wydaje siΩ, ┐e kluczow▒ rolΩ w tym procesie odegra│ enzym, zdolny do redukcji rybonukleotyt≤w do deoksyrybonukleotyd≤w, poniewa┐ wsp≤│czesne organizmy opieraj▒ syntezΩ DNA na prekursorach rybonukleotydowych.

Zasady kodowania informacji genetycznej s▒ (z ma│ymi odstΩpstwami) jednakowe dla ca│ego ╢wiata ┐ywego. Znaczy to, ┐e zawsze tej samej tr≤jce zasad (kodonowi) odpowiada ten sam aminokwas zar≤wno u bakterii jak i u cz│owieka. Taka uniwersalno╢µ kodu genetycznego ╢wiadczy o tym, ┐e zasady zapisu informacji dziedzicznej musia│y powstaµ bardzo wcze╢nie w ewolucji, zanim dosz│o do rozdzielenia siΩ prokariont≤w i eukariont≤w.

WOKӣ CENTRALNEGO DOGMATU BIOLOGII MOLEKULARNEJ

ZAGADKA POCHODZENIA MITOCHONDRI╙W I CHLOROPLAST╙W

Webmaster