Jak powstało życie?

Rys.2. Wzór strukturalny kwasu polifosforybozowego, który mógł istnieć przed powstaniem RNA.


Z czasem powstawały bardziej skomplikowane cząsteczki, np. RNA. Niektóre z nich zaczynały przeprowadzać reakcje metaboliczne z dużo większą szybkością. Zjawisko przejęcia władzy od kryształów przez RNA, zostało nazwane przez Cairns Smitha: genetic takeover (genetyczne przejęcie władzy).
A skąd przekonanie, że pierwszym kwasem nukleinowym był RNA ? Po pierwsze dlatego, że w reakcji formozowej powstaje spontanicznie ryboza, a nie deoksyryboza. A po drugie... I tu zatrzymamy się na dłużej.

Wiemy, że we współczesnych komórkach DNA pełni funkcję przechowywania informacji genetycznej. Funkcję katalityczną pełnią białkowe enzymy. Można się jednak doszukać w komórkach śladów pierwotnego, katalitycznego RNA. Oto niektóre z nich:

Selfsplicing

Jest to proces występujący m.in. w cząsteczkach rRNA pierwotniaka Tetrahymena oraz w wielu mRNA genów mitochondrialnych u drożdży. Polega na wycięciu intronu z RNA, katalizowanym przez niego samego, bez udziału białek.

RNaza P

Jest to enzym służący u Procaryota do obróbki powstałego po transkrypcji tRNA. Enzym zawiera białko i RNA. Właściwości katalityczne ma jednak tylko ten drugi składnik, co pozwala sądzić, że był ważniejszy i wcześniejszy w ewolucji. Białko stabilizuje tylko strukturę przestrzenną RNA.

Rybosomy

Procaryota - 3 rodzaje rRNA, 52 białka
Eucaryota - 4 rodzaje rRNA, 82 białka

Tylko rRNA w rybosomach pełni funkcje katalityczne, natomiast ani jedno białko lub jakakolwiek ich grupa nie ma takich właściwości. Służą one do stabilizowania struktury trzeciorzędowej rRNA i zwiększenia przez to jego wydajności katalitycznej.

Widzimy więc, że RNA o właściwościach katalitycznych - rybozymy przetrwały w szczątkowej formie do dziś. Istnieją one jednak najczęściej pod zwałami białek, których lawina stoczyła się na nie w trakcie ewolucji.

Naukowcom udało się też sztucznie wytworzyć kilka rybozymów katalizujących reakcje metaboliczne, takie jak: biotynylacja, aminoacylacja, dodanie reszty fosforanowej, ligacja cząstek RNA.

RNA to bardzo ciekawy związek chemiczny. Jego cechy stanowią syntezę najważniejszych cech białka i DNA. Białka są świetnymi katalizatorami, ale nie potrafią replikować się, a do zwiększenia liczby swych kopii potrzebują zapisu genetycznego w DNA i procesu translacji. DNA nie przeprowadzi żadnej reakcji chemicznej, gdyż ma formę podwójnej helisy i wszystkie zasady azotowe, które mogłyby być katalitycznie aktywne są schowane wewnątrz niej. DNA potrzebuje więc białek, a więc nie mógł być pierwszy.

RNA jest już natomiast takim małym „kwaziorganizmem” bez metabolizmu. Jego sekwencja stanowi genotyp - całkowity zapis genetyczny, struktura przestrzenną zaś – fenotyp, czyli zestaw cech struktury przestrzennej, determinowany przez zapis genetyczny, dzięki któremu może on stać się enzymem.
Oto rozwiązanie problemu 4. Na początku funkcje enzymów i DNA pełniły dwoiste kwasy rybonukleinowe - RNA.