Przez długi czas uważano, że jedynie białka maj± wła¶ciwo¶ci katalityczne, jednocze¶nie postuluj±c ich pierwotn± i najważniejsz± rolę w powstawaniu życia. Okazało się jednak, że informacja o budowie białek jest zakodowana w kwasach nukleinowych. Nie wykryto jednocze¶nie, odwrotnej możliwo¶ci 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 pierwotno¶ci białek nierozwi±zany pozostanie problem dziedziczenia ich sekwencji.

Paradoks typu "co było wcze¶niej - kura czy jajko" został rozwi±zany po odkryciu katalitycznych wła¶ciwo¶ci RNA (T. Cech 1981). Okazało że cz±steczki RNA, s± zdolne do katalizowania reakcji przył±czania i odł±czania rybonukleotydów (odno¶nik). Cz±steczki te nazwano rybozymami. Badania tego zagadnienia pozwoliły stwierdzić, że zdolno¶ć katalizowania reakcji biochemicznych przez rybozymy, umożliwiona jest dzięki przybieraniu różnorodnych struktur drugo- i trzeciorzędowych (odno¶nik).

Odkrycie rybozymów zrewolucjonizowało pogl±dy na temat pierwotnych faz ewolucji biosfery. Postuluje się, że pierwszymi cz±steczkami zdolnymi do replikacji były wła¶nie 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 przył±czania kolejnych cegiełek RNA (rybonukleotydów), katalizowana była przez rybozymy same w sobie.

Oczywi¶cie powielanie rybozymów nie zachodziło w sposób doskonały. Podczas replikacji tych pierwotnych "replikatorów", powstawały błędy spowodowane ich niedoskonało¶ci± oraz brakiem mechanizmów naprawczych. Taki stan rzeczy pozwolił na wytworzenie ogromnego zróżnicowania w¶ród powielanych cz±steczek RNA.

W rozważaniach z czę¶ci Pojęcie doboru naturalnego, powiedziano, że do tego, aby z prostych, losowych układów możliwe było otrzymanie układów o wysokim stopniu komplikacji na drodze doboru, potrzebne s± dwa elementy: kopiowanie z błędami oraz selekcja ("dobór kumulatywny"). Wiadomo, że z szerokiego spektrum "replikatorów" jedne replikowały lepiej od drugich. Potomne cz±steczki wykazywały różne aktywno¶ci w zależno¶ci od pH, stężenia soli, dodatkowo niektóre z nich mogły nabyć zdolno¶ci do hydrolizowania innych cz±steczek RNA. Taka sytuacja była doskonała dla działania doboru naturalnego., który selekcjonował cz±steczki efektywniejsze katalitycznie.

Zatem, w pierwszej, hipotetycznej fazie ewolucji biosfery zasadnicz± rolę odgrywało RNA o wła¶ciwo¶ciach katalitycznych. Fazę tę nazwano "¶wiatem RNA". Pojedynczy replikuj±cy się rybozym był zarówno materiałem genetycznym, jak i enzymem katalizuj±cym własn± replikację - genotypem i fenotypem.

Jednakże układ oparty na rybozymach nie był doskonały, ze względu na niestabilno¶ć chemiczn± RNA. Ewoluuj±ce 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 mog± się replikować. Zatem nawet te najbardziej efektywne katalitycznie białka nie mog± mieć znaczenia ewolucyjnego, gdyż ich sekwencja aminokwasowa nie może być dziedziczona. Dobór naturalny nie może działać na układy nie replikuj±ce się (odno¶nik). Aby mogło doj¶ć do rozpowszechnienia katalizy opartej na białkach, konieczne było utworzenie zależno¶ci między białkami a elementem zdolnym do replikacji - RNA. Nie wiadomo dokładnie jak wygl±dały etapy ewolucji, których efektem było powstanie kodu genetycznego i powi±zanego 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 kluczow± rolę w tym procesie odegrał enzym, zdolny do redukcji rybonukleotytów do deoksyrybonukleotydów, ponieważ współczesne organizmy opieraj± syntezę DNA na prekursorach rybonukleotydowych.

Zasady kodowania informacji genetycznej s± (z małymi odstępstwami) jednakowe dla całego ¶wiata żywego. Znaczy to, że zawsze tej samej trójce zasad (kodonowi) odpowiada ten sam aminokwas zarówno u bakterii jak i u człowieka. Taka uniwersalno¶ć kodu genetycznego ¶wiadczy o tym, że zasady zapisu informacji dziedzicznej musiały powstać bardzo wcze¶nie w ewolucji, zanim doszło do rozdzielenia się prokariontów i eukariontów.

WOKÓŁ CENTRALNEGO DOGMATU BIOLOGII MOLEKULARNEJ

ZAGADKA POCHODZENIA MITOCHONDRIÓW I CHLOROPLASTÓW

Webmaster