Jak powstało życie?

Włoski biolog teoretyk – Massimo di Giulio w swoich kilku znakomitych pracach ogłaszanych na łamach „Journal of Theoretical Biology”: 159 (1992), 171 (1994), 177 (1995), 187 (1997), 191 (1998) przyjrzał się bliżej cząsteczkom tRNA.

Przetestowana została przez niego hipoteza bezpośredniego podwojenia, jako drogi powstania cząstek tRNA. Spójrzmy na rysunek:



Hipoteza zaproponowana przez Hopfielda zakładała, że współczesne cząstki tRNA powstały w wyniku złożenia się 2 krótkich czątek typu hairpin (spinka do włosów). Były one stabilne, bo potrafiły zginać się w pół i parować same siebie.

Di Giulio postanowił przetestować tę hipotezę. Skoro dzisiaj tRNA powstały z 2 identycznych cząstek hairpin, to ta identyczność musi mieć jakieś ślady w dzisiejszych tRNA, bo one wolno ewoluują. Przykłady sekwencji, które powinny wykazywać podobieństwa zaznaczyłem kolorem na rysunku powyżej.
Hipoteza została przetestowana na bogatym zestawie danych i za pomocą metod statystycznych. Okazało się, że z bardzo wysokim prawdopodobieństwem podobieństwo to nie jest przypadkowe i wskazuje na bezpośrednie podwojenie.

M. Di Giulio wysunął również hipotezę mówiącą, że początkowo cząsteczki typu hairpin reagowały z aminokwasami, które stanowiły pierwsze koenzymy dla nich jako dla rybozymów w świecie bezbiałkowym. Dwie cząstki hairpin, „naładowane” różnymi aminokwasami mogły parować ze sobą jak przy utworzeniu tRNA.



Z czasem powstawały coraz dłuższe łańcuchy polipeptydowe, podłączone do RNA (pierwsze rybonukleoproteiny). Niewykluczone, że już cząsteczki typu hairpin rozpoznawały kodony na prymitywnych mRNA za pomocą „preantykodonów” na swych zagięciach. Z czasem powstawały pełne tRNA. Zauważmy że pętli antykodonu odpowiada 3’koniec. Możliwe więc, że prymitywne enzymy, przypisujące aminokwas do RNA, nie rozpoznawały odległego antykodonu, lecz identyczną sekwencję na 3’ końcu – czyli tam gdzie aminokwas podczepiany jest do dziś, choć dzisiaj rozpoznawany antykodon jest odległy, a identyczność z 3’ końcem zatarł czas. Proces prymitywnej translacji musiał być stabilizowany, ale początkowo nie przez białka, ale przez zlepek wielu RNA, stanowiących centrum organizujące, które katalizowało powstanie wiązań peptydowych i stabilizowało wiązanie tRNA do mRNA. Francis Crick – współodkrywca struktury DNA powiedział kiedyś, że prymitywny aparat translacyjny (prarybosom) musiał opierać się tylko na RNA (rRNA). I trudno się z tym nie zgodzić, nie tylko wskutek wywodów logicznych (białek na początku być nie mogło, bo najpierw trzeba było je wytworzyć), ale także empirycznie - badając współczesne rybosomy. Tylko RNA pełni w nich funkcje katalityczne, a białka całość stabilizują i zwiększają wydajność translacji.

Oto w miarę satysfakcjonujące rozwiązanie problemu 8.