Jak powstało życie?

System RNA wspierających się w kopiowaniu, jest stabilny i samopodtrzymujący się. Żadna pojedyncza cząsteczka nie jest w stanie zdominować reszty. W interesie każdej leży kooperacja.

Tutaj przyrost stężenia danej cząstki RNA będzie zależał „silniej” niż tylko od jej stężenia, bo będzie ona w swym kopiowaniu wspomagana.

Czyli dA/dt = kA^p, p>1. Jest to tzw. wzrost hiperboliczny.

Wygrana hipercyklu zależy nie tylko od szybkości replikacji, ale także od początkowego stężenia jego składowych.

Dwóch naukowców z USA N. Hud i F. Anet wysunęło ostatnio hipotezę mówiącą, że replikacja RNA musiała być wpierana przez związki porfirynopodobne, które interkalowały między zasady RNA, usztywniały je i przyciągały i stabilizowały zasady komplementarne. Hipoteza wyciągnięta była na podstawie danych empirycznych, które nie potwierdzały satysfakcjonująco zdolności replikacji RNA pod nieobecność enzymów białkowych. Być może tutaj bierą swój początek porfiryny, występujace we współczesnych organizmach. Na uwagę zasługuje również fakt, że w metabolizmie współczesnych organizmów przeprowadzającym rybozę w deoksyrybozę wymagana jest cyjanokobalamina – związek porfirynowy (!).

Jak długie mogły być pierwotne łańcuchy RNA? Autokataliza przeprowadzana jest z błędem około 1 nukleotyd/20. To znacznie za dużo. Z udziałem enzymów białkowych margines błędu wynosi tylko 1/1000. A więc należy przypuszczać, że replikacja wspomagana przez mniej specyficzne rybozymy miała margines błędu 1/100-200 i cząsteczki replikowane mogły mieć długości tego rzędu co dzisiejsze tRNA: 100 do 200 nukleotydów.

Po replikacji powstaje podwójna helisa RNA. Bardzo prawdopodobne, że procesy syntezy i dysocjacji były ponad 3,5 mld lat temu związane z cyklami dnia i nocy. W dzień temperatura wzrastała, dostarczając energii do rozerwania wiązań w zasadach komplementarnych (→dysocjacja). W nocy, gdy było zimniej, następowała autoreplikacja lub replikacja cząstek RNA. Oto odpowiedź na problem 5.

d) Detektyw Maynard Smith

John Maynard Smith utrzymuje, że kwasy nukleinowe, niosące już ze sobą informację genetyczną pierwotnie składały się tylko z nukleotydów guaninowych - G i cytydynowych - C. Działo się tak dlatego, że replikacja cząsteczek RNA, składającego się tylko z tych nukleotydów cechuje się największą dokładnością, czyli najmniejszą liczbą błędów. Nieprzypadkowo więc w kodzie genetycznym dwa aminokwasy powstające w największych ilościach w doświadczeniu Milllera reprezentowane są przez kodony: GGC, GGG (glicyna) i GCG, GCC (alanina). Smith założył że pierwotny aparat translacji nie był na tyle dokładny, by rozpoznać start właściwej ramki odczytu. Tak więc, aby zapobiec wytwarzaniu, w dwóch przypadkach na trzy, peptydów nonsensownych kod mógł opierać się najpierw tylko na dwóch kodonach: GGC i GCC.

Ułóżmy z nich dowolną sekwencję:



Antykodony na odpowiednich tRNA pasujące do kodonów powyżej to: 5’ GCC 3’ i 5’ GGC 3’. Przypatrując się ich sekwencji, można zauważyć ciekawą rzecz. Sekwencje antkodonowe są takie, jak sekwencje kodonów! Pierwotne mRNA i tRNA mogły więc ewoluować wspólnie od jakichś cząsteczek RNA, mających tylko 2 kodony, z których część wyspecjalizowała się w niesieniu informacji, a część w jej tłumaczeniu na język aminokwasów! Antykodony te będą parować do kodonów tylko w jednej ramce odczytu. Odczyt w ramce pierwszej na dole w rysunku powyżej zaczyna się zawsze od środkowego nukleotydu (C lub G) i kończy na G. Daje więc kodony GCG i CCG. Odczyt w ramce drugiej na dole zaczyna się zawsze od C i kończy na C lub G. Daje kodony CGG i CGC. Z wszystkimi czterema kodonami antykodony nie będą więc parować.