![]() |
PARADOKS KURY I JAJKA A WŁAŚCIWOŚCI KATALITYCZNE Przez długi czas uważano, że jedynie białka mają właściwości katalityczne, jednocześnie postulując ich pierwotną i najważniejszą rolę w powstawaniu życia. Okazało się jednak, że informacja o budowie białek jest zakodowana w kwasach nukleinowych. Nie wykryto jednocześnie, odwrotnej możliwości przepływu informacji (tzn. od białek do kwasów nukleinowych). Powstał problem, co było pierwsze: kwasy nukleinowe czy białka? Jeżeli założymy, że kwasy nukleinowe pojawiły się pierwsze w ewolucji, powstanie pytanie co odpowiadało za ich replikacje. Przy założeniu pierwotności białek nierozwiązany pozostanie problem dziedziczenia ich sekwencji. Paradoks typu "co było wcześniej - kura czy jajko" został rozwiązany po odkryciu katalitycznych właściwości RNA (T. Cech 1981). Okazało że cząsteczki RNA, są zdolne do katalizowania reakcji przyłączania i odłączania rybonukleotydów (odnośnik). Cząsteczki te nazwano rybozymami. Badania tego zagadnienia pozwoliły stwierdzić, że zdolność katalizowania reakcji biochemicznych przez rybozymy, umożliwiona jest dzięki przybieraniu różnorodnych struktur drugo- i trzeciorzędowych (odnośnik). Odkrycie rybozymów zrewolucjonizowało poglądy na temat pierwotnych faz ewolucji biosfery. Postuluje się, że pierwszymi cząsteczkami zdolnymi do replikacji były właśnie rybozymy. Ponieważ były to łańcuchy złożone z nukleotydów, mogły stanowić matrycę, na podstawie której syntetyzowane były nowe kopie o komplementarnej sekwencji. Do syntezy nowych nici wykorzystywane były rybonukleotydy, rozpuszczone w tzw. "bulionie pierwotnym". Natomiast reakcja przyłączania kolejnych cegiełek RNA (rybonukleotydów), katalizowana była przez rybozymy same w sobie. Oczywiście powielanie rybozymów nie zachodziło w sposób doskonały. Podczas replikacji tych pierwotnych "replikatorów", powstawały błędy spowodowane ich niedoskonałością oraz brakiem mechanizmów naprawczych. Taki stan rzeczy pozwolił na wytworzenie ogromnego zróżnicowania wśród powielanych cząsteczek RNA. W rozważaniach z części Pojęcie doboru naturalnego, powiedziano, że do tego, aby z prostych, losowych układów możliwe było otrzymanie układów o wysokim stopniu komplikacji na drodze doboru, potrzebne są dwa elementy: kopiowanie z błędami oraz selekcja ("dobór kumulatywny"). Wiadomo, że z szerokiego spektrum "replikatorów" jedne replikowały lepiej od drugich. Potomne cząsteczki wykazywały różne aktywności w zależności od pH, stężenia soli, dodatkowo niektóre z nich mogły nabyć zdolności do hydrolizowania innych cząsteczek RNA. Taka sytuacja była doskonała dla działania doboru naturalnego., który selekcjonował cząsteczki efektywniejsze katalitycznie. Zatem, w pierwszej, hipotetycznej fazie ewolucji biosfery zasadniczą rolę odgrywało RNA o właściwościach katalitycznych. Fazę tę nazwano "światem RNA". Pojedynczy replikujący się rybozym był zarówno materiałem genetycznym, jak i enzymem katalizującym własną replikację - genotypem i fenotypem. Jednakże układ oparty na rybozymach nie był doskonały, ze względu na niestabilność chemiczną RNA. Ewoluujące układy o coraz wyższym stopniu komplikacji nie mogły sobie pozwolić na mechanizmy oparte na RNA, gdyż powstrzymywanie rozpadu oraz naprawa uszkodzeń poszczególnych elementów byłaby niekorzystna pod względem energetycznym. Przyroda musiała wytworzyć nowy system katalizy i zapisu informacji dziedzicznej. Lepszymi katalizatorami okazały się, dużo bardziej odporne na hydrolizę białka. Tu pojawił się nowy problem. Białka nie mogą się replikować. Zatem nawet te najbardziej efektywne katalitycznie białka nie mogą mieć znaczenia ewolucyjnego, gdyż ich sekwencja aminokwasowa nie może być dziedziczona. Dobór naturalny nie może działać na układy nie replikujące się (odnośnik). Aby mogło dojść do rozpowszechnienia katalizy opartej na białkach, konieczne było utworzenie zależności między białkami a elementem zdolnym do replikacji - RNA. Nie wiadomo dokładnie jak wyglądały etapy ewolucji, których efektem było powstanie kodu genetycznego i powiązanego z nim aparatu translacyjnego. Rolę przechowywania informacji genetycznej przejęło dwuniciowe DNA. Znowu nie wiadomo dokładnie jak i kiedy DNA stało się materiałem genetycznym. Wydaje się, że kluczową rolę w tym procesie odegrał enzym, zdolny do redukcji rybonukleotytów do deoksyrybonukleotydów, ponieważ współczesne organizmy opierają syntezę DNA na prekursorach rybonukleotydowych. Zasady kodowania informacji genetycznej są (z małymi odstępstwami) jednakowe dla całego świata żywego. Znaczy to, że zawsze tej samej trójce zasad (kodonowi) odpowiada ten sam aminokwas zarówno u bakterii jak i u człowieka. Taka uniwersalność kodu genetycznego świadczy o tym, że zasady zapisu informacji dziedzicznej musiały powstać bardzo wcześnie w ewolucji, zanim doszło do rozdzielenia się prokariontów i eukariontów.
ZAGADKA POCHODZENIA MITOCHONDRIÓW I CHLOROPLASTÓW
![]() Š 1997, 1998 Biologia Molekularna w Internecie Webmaster ![]() |