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RNA-wereld

Das RNA-Welt ist ein hypothetisch Bühne in der Abiogenese. Nach dieser Hypothese bestand die RNA-Welt aus primitiven Organismen, die RNA für beides verwendet enzymatisch Prozesse wie bei der Lagerung von Opslag erblich Information. Der Nobelpreisträger Walter Gilbert 1986 wurde der Begriff RNA-Welt erstmals verwendet.

Hintergrund

Von dem Biochemie Wenn es um die Entstehung des Lebens (Abiogenese) geht, gibt es eine Art? Probleme mit Huhn und Ei: Was war zuerst da, DNA oder Proteine?DNA sichert die Speicherung von Erbinformationen und ist damit unverzichtbar für die Reproduktion des Lebens. Protein sorgen für enzymatische Umsetzungen und sind daher für die Erhaltung des Lebens unverzichtbar.

Proteine ​​können ohne DNA nicht neu synthetisiert werden, die Primärstruktur schließlich sind Proteine ​​in der DNA kodiert. Außerdem kann die Information von Proteinen nicht wie bei der DNA kopiert werden, so dass sie nicht als Träger von Erbinformationen fungieren können. Primitive Lebensformen, die ausschließlich auf Proteinen basieren, sind daher unwahrscheinlich.

Ohne Proteine ​​kann die DNA jedoch nicht funktionieren: Proteine ​​spielen eine zentrale Rolle in ihrer Struktur (Chromatin), das Reproduzieren und der Transkription der DNA. Darüber hinaus kann DNA kaum enzymatische Funktionen ausführen. Daher ist es ebenso unwahrscheinlich, dass die DNA die ursprüngliche Grundlage primitiver Lebensformen war.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, dass DNA und Proteine ​​gleichzeitig einen Organismus bilden. Auch dies ist höchst unwahrscheinlich, unter anderem wegen der großen Komplexität der Wechselwirkungen zwischen DNA und Proteinen.

Die Entdeckung, dass RNA nicht nur Erbinformationen speichern kann, sondern auch enzymatische Aktivitäten besitzt, führte zu der Hypothese, dass RNA die ursprüngliche Grundlage der ersten Lebensformen war.

Beweise

Ribozyme

Der Hauptbeweis für eine RNA-Welt ist die Existenz sogenannter Ribozyme: RNA-Moleküle mit enzymatischer Aktivität. Vor der Entdeckung der ersten Ribozyme, in 1989 ein Nobelpreis verliehen an Thomas Cech und Sidney Altman. Thomas Cech entdeckte „Selbst-Spleißen' in einem RNA-Molekül im Organismus Tetrahymena. Selbstspleißend bedeutet, dass ein RNA-Molekül in der Lage ist, intron aus eigener Kraft Reihenfolge löschen. Sidney Altman entdeckte die ribozymatische Aktivität im RNase PKomplex, der die Funktion von a . hat VorläuferFolge von a tRNAdas Molekül abschneiden. Der RNase P-Komplex besteht aus einer Proteinkette und einem RNA-Molekül. In vitro das RNA-Molekül kann unabhängig als Ribozym fungieren, in vivo die Proteinkette ist jedoch erforderlich.

Das Ribosom als Ribozym

Es Ribosom, dass die Proteinsynthese ist eine sehr komplexe Struktur, die aus verschiedenen RNA- und Proteinmolekülen besteht. Im 2002 eine detaillierte Struktur des Ribosoms wurde veröffentlicht. Anhand dieser Struktur entdeckten die Forscher, dass die ribosomale RNA spielt eine katalytische Rolle. Mit anderen Worten, das Ribosom ist ein Ribozym. Diese Entdeckung gab der Popularität der „RNA-Welt“ einen Schub.

Das SELEX-Experiment

In dem SELEXExperiment wird eine große Anzahl verschiedener RNA-Moleküle durch eine Säule gespült. Die Spalte enthält a Ligand optional. Die RNA-Moleküle mit der größten Affinität zum Liganden verbleiben auf der Säule, die restlichen Moleküle werden durchgespült. Die ausgewählten RNA-Moleküle können mit dem can PCR-Technik. Das Experiment kann dann mit den multiplizierten RNA-Molekülen mehrmals wiederholt werden, wodurch ein RNA-Molekül mit ganz spezifischen Eigenschaften entsteht.

Mit dem SELEX-Experiment wurden verschiedene RNA-Moleküle mit allerlei besonderen Eigenschaften gefunden. Einige dieser RNA-Moleküle sind beispielsweise Ribozyme.

Das SELEX-Experiment dient auch als Modell für eine Spezies natürliche Selektion von RNA-Molekülen.

Kritik

Während die RNA-Welt-Hypothese populär ist, wurde sie auch viel kritisiert. Kritikpunkte sind:

  • Der Ursprung der Nukleotide, aus denen die RNA besteht. Cytosin wird schnell wieder abgebaut, viele andere Nukleotide, die in „moderner“ RNA nicht zu finden sind, müssen spontan entstanden sein.
  • Polymerisation der Nukleotide zu RNA-Strängen. In der RNA sind nur die sogenannten 3'-5'-Verbindungen zwischen den OH-Gruppen der verschiedenen Nukleotide vorhanden. Die spontane Bildung von 5'-5'- und 2'-5'-Verbindungen ist viel einfacher.
  • Stabilität der RNA. Ein RNA-Molekül kann höchstens einige Tage überleben.
  • Übergang von der RNA-Welt in eine DNA/Protein-Welt. Es ist nicht bekannt, wie dies geschehen konnte.

Ressourcen und externe Links