Возникновение жизни на Земле.: Часть 3
Биология, 11 класс
Теория РНК-мира. Все живые организмы характеризуются двумя принципиальными функциями: Способностью хранить, воспроизводить и передавать генетическую информацию. Активным метаболизмом, включающим получ...
Видео
Конспект
Теория РНК-мира.
Все живые организмы характеризуются двумя принципиальными функциями:
Способностью хранить, воспроизводить и передавать генетическую информацию.
Активным метаболизмом, включающим получение энергии, синтез органических веществ и поддержание клеточных структур.
В биологических системах эти функции реализуются тремя классами биополимеров:
Белки (основные исполнители клеточных функций, но не способные к информационному хранению).
ДНК (идеальный носитель генетической информации, но лишенный каталитической активности).
РНК (уникальная молекула, способная одновременно хранить информацию и осуществлять химические реакции).
Именно эта двойственная природа РНК легла в основу гипотезы РНК-мира, выдвинутой еще в 1967-1968 годах Ф. Криком, Л. Орджелом и К. Вёзе. Дальнейшее развитие эта теория получила в середине 1980-х после открытия рибозимов - каталитически активных молекул РНК, включая рибосомальную РНК. Современные методы искусственной эволюции позволяют получать рибозимы с разнообразными функциями: лигазы (сшивают нуклеиновые кислоты), нуклеазы (расщепляют НК) и др.
Более сложными для получения, но принципиально возможными являются рибозимы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции(требующие кофакторов или минеральных поверхностей) и полимеразы.
Такие исследования подтверждают, что РНК действительно могла быть той универсальной молекулой, с которой началась жизнь на Земле. Согласно концепции РНК-мира, центральное место в первых биологических системах занимали молекулы РНК, обладавшие способностью катализировать собственную репликацию (рибозимы, катализирующие репликацию РНК). Появление таких самовоспроизводящихся молекул стало критическим моментом, обеспечившим передачу наследственной информации и начало дарвиновской эволюции.
В современных организмах эти древние рибозимы не сохранились, будучи замененными более эффективными ферментами полимеразами. Попытки искусственного воссоздания РНК-полимеразных рибозимов столкнулись с существенными трудностями:
сложность отбора функциональных мутантов.
отсутствие надежных методов предсказания свойств РНК по её первичной структуре.
Современные исследования показали, что в искусственных РНК-системах:
Обнаружены рибозимы, способные катализировать размножение других рибозимов.
Пока не найдены автокаталитические рибозимы, способные к самовоспроизведению.
Рибозимы-лигазы рассматриваются как промежуточное звено к созданию полноценного репликатора.
Интересно, что комбинация нескольких рибозимов-лигаз теоретически может образовать примитивную самовоспроизводящуюся систему, что приближает нас к пониманию возможных механизмов возникновения первых репликаторов в условиях ранней Земли.