Возникновение жизни на Земле.: Часть 3

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.