You are here
Home > Життя >

РНКовий світ

РНКовий світ, або гіпотеза РНКового світу – припущення яке описує стадію еволюції життя на Землі, в ході якої самореплікуючі молекули РНК з’явилися раніше ДНК і білків. Вперше сформульована в 1962 р Олександром Річем, термін запропонований Уолтером Гілбертом в 1986 р.

На даний момент були запропоновані альтернативні хімічні шляхи, що призводять до формування живих структур, тому РНК-засноване життя могло і не бути першим, проте, доводи та свідчення існування РНКового світу досить сильні, щоб гіпотеза стала загальноприйнятою.

Як і ДНК, РНК здатна до зберігання інформації і реплікації самої себе.

Як білкові ензими, РНК-ензими (рибозими) здатні каталізувати (запускати і прискорювати) хімічні процеси необхідні для існування живого. Один з найбільш важливих компонентів клітини – це рибосоми, що складаються, в основному, з РНК. Рибонуклеїнові компоненти в багатьох коферментах, таких як ацетил-КоА, НАДФ і Ф420 можуть бути спадщиною ковалентно-пов’язаних коензимів часів РНКового світу.

Не зважаючи на те, що РНК досить нестійка, деякі стародавні РНК могли еволюціонувати в напрямку метилування інших РНК, щоб захистити їх.

Якщо РНКовий світ існував, він, швидше за все, дав початок еволюції рибонуклеопротеїдів (РНП-світ), який привів до появи ДНК і довгих протеїнів.

ДНК більш стабільна і стійка, ніж РНК, що пояснює, чому ДНК є стандартним носієм інформації в наші дні.

Білкові ензими могли замінити засновані на РНК рибозими в ролі біокаталізаторів, оскільки їх мономери доступніші і різноманітні, що дає їм можливість виконувати більше різноманітних функцій.

Позаяк багато ко-факторів проявляють властивості нуклеотидів і амінокислот, можна припустити, що амінокислоти, пептиди, а потім білки спочатку були кофакторами для рибозимів.

Для існування РНК принципово необхідні нуклеотиди – азотисті основи, які надалі зв’язуються з сахарофосфатним (рибоза в якості цукру) остовом, формуючи, власне РНК.

Гіпотеза РНКовие світу постулює, що в «первинному бульйоні» присутні вільні нуклеотиди. Вони формували зв’язку один з одним, які легко розривалися через низький заряд зв’язку, проте деякі нуклеотиди або пари основ мали каталітичні властивості, які знижували енергію зв’язку, дозволяючи формування більш довгих ланцюгів, і даючи можливість нуклеотидам залишатися пов’язаним на довші проміжки часу. Чим довше ставала ланцюг, тим швидше вона притягувала відповідні нуклеотиди, приводячи до того, що швидкість росту ланцюга перевищувала швидкість її розпаду.

Ці первинні ланцюжки вважаються першими примітивними формами життя.

У РНКовому світі різні набори РНК мають різну швидкість реплікації, яка призводить до того, що їх частота в популяції знижується або підвищується, створюючи, таким чином, природний відбір.

У той час як найбільш пристосовані набори молекул РНК починали превалювати в популяції, їх каталітичні властивості змінювалися шляхом мутації. Ті, що давали їм перевагу в стабільності і швидкості росту, накопичувалися в популяції. Таким чином формувалися автокаталітичні набори рибозимів, здатні до самореплікаціі.

Що цікаво, аналогічні структури були отримані в ході експерименту з «еволюції інвітро», в ході «змагання» між різними молекулами РНК. «Переможець» був здатний проводити повний цикл самореплікаціі менш ніж за одну годину.

Конкуренція між різними РНК могла сприяти появі кооперації між різними ланцюжками РНК, що веде до формування первинних прото-клітин. Зрештою, з’явилися ланцюжки РНК з каталітичними властивостями, які дозволяли амінокислотам з’єднуватися разом. Ці набори амінокислот (пептиди і прото-білки) допомагали синтезу РНК, даючи тим РНК, що могли функціонувати як рибозими, конкурентні переваги.

Здатність каталізувати перші етапи білкового синтезу, а саме амінацілювання РНК, була показана на коротких п’ятиуклелтидних послідовностях РНК в лабораторії.

На даний момент існує велика кількість свідчень на користь істинності теорії РНКового світу.

У березні 2015 року в лабораторії NASA було показано формування складних біологічних молекул, необхідних для існування живих форм, включаючи урацил, цитозин і тимін – в умовах глибокого космосу. В якості вихідних елементів використовувався піримідин, що зустрічається в складі метеоритів. В космічних умовах піримідин і інші поліциклічні вуглеводні формуються в червоних гігантах і міжзоряних газових хмарах в абіотичних умовах.

У 2018 році в лабораторії Інституту Технології Джорджії були визначені три молекулярних кандидата, які могли бути основою для формування первинних молекул РНК на Землі. До них відносяться барбітурінова кислота, тріамінопіримідін і меламін, які являють собою більш прості версії чотирьох основних азотистих основ у складі сучасних РНК. Всі три здатні до спонтанного формування нуклеотидів при реакції з рибозою.

У листопаді 2019 р. NASA були вперше виявлені органічні цукри в складі астероїдів Сонячної системи. У числі знайдених цукрів фігурує і рибоза. Передбачається, що ці молекули формуються спонтанно в абіотичних умовах космосу. У той же час вони є необхідними для існування органічного життя.

Top
ukUkrainian
en_GBEnglish ukUkrainian