06 bioloska evolucija - pramolekula zivota

8/18/2019 06 Bioloska Evolucija - Pramolekula Zivota

1/32

RNA

PRAMOLEKULAŽIVOTA


2/32

RNA SVIJET

Problem prve molekule života jednak je problemu kokoši i jajeta.

Geni ne mogu opstati bez enzima (replikacija), a enzimi nemogu nastati bez gena (biosinteza).

Dakle, što je bilo prvo – geni ili enzimi?


3/32

Teorija RN svijeta elegantno rje!ava ovaj problem, koko! i

jaje spaja u jednu cjelinu.


4/32

Teorija RN svijeta elegantno rje!ava ovaj problem, koko! i

jaje spaja u jednu cjelinu.

" molekularnoj biologiji dugo se vjerovalo da se geneti#kain$ormacija može prenositi jedino s %N molekula na RN

molekule. &tkri'e enzima reverzne transkriptaze dokazalo je da je i obrnuti prijenos geneti#ke in$ormacije mogu'.

&sim toga, u molekularnoj biologiji dugo se vjerovalo da

jedino proteinske molekule imaju kataliti#ke sposobnosti.


5/32

" stvaranju teorije o RN svijetu klju#no je bilo otkri'e

kataliti#ke aktivnosti RN molekula (RIBOZIMI).

Godine *+. Th!as "e#h otkrio je daodreene rRN molekule imaju sposobnostsamoizrezivanja (sel$-splicing) - prekursor

odreene RN molekule samoizrezivanjemstvara intron koji zadržava kataliti#ku aktivnostte može trans$ormirati ostale RN molekule(poput enzima).

a to je *. godine dobio Nobelovunagradu


6/32

ri$n%k&eaza P (stvara /0 kraj tRN)

Si'ne( A&t!an 1 Nobelovanagrada *. godine

rRNA (stvara peptidnu vezu)

Osta&i tkriveni ri$zi!i s%)

te&!eraza (produljujetelomere na osnovi RN

kalupa)

viri'na RNA (cijepanjekonkatamera na monomere)


7/32

*ILBERT je tvorac teorije o RN svijetu prije svijeta %N i proteina. Ta teorija predlaže slijede'i redoslijed dogaaja2

. RN je katalizirala vlastitu replikaciju i razviladodatne enzimatske aktivnosti.

3. RN je po#ela sintetizirati proteine koji su se

pokazali boljim enzimima 1 sa svoji4 35 razli#iti4graevni4 jedinica (amoinokiseline) raznovrsniji suod RN koje imaju samo 6 razli#ite graevne

jedinice (nukleotidi).

+. %N je stvorena reverznom transkripcijom RN i

zamijenila ju je kao geneti#ki materijal 1 %N je,sa svojom strukturom dvostrukog 4eliksa, punostabilnija od RN.

6. RN se zadržala u živom svijetu s $unkcijomglasnika (mRN) i prevoditelja (tRN) te kao

glavna komponenta ribosoma.

RN

RN

%N

RN

proteini

proteini

proteini

RN

RN

%N


8/32

%akle, RN se #ini idealnom prvom molekulom života zato!to obavlja $unkciju i gena i enzima.


9/32

%akle, RN se #ini idealnom prvom molekulom života zato!to obavlja $unkciju i gena i enzima.

zasebno su nastali !e'er riboza,du!i#ne baze i anorganski $os$at

kemijskom reakcijom su se te

komponente povezale u nukleotid

nukleotidi su se spontano povezaliu polimer 1 RN

Pretpostavlja se da je RN prebioti#kom sintezom nastala naslijede'i na#in2


10/32

7 obzirom na to da je po#etni korak u stvaranju RN svijeta tolikotežak, smatra se da je postojao i pre+RNA svijet odnosno pre+

pre#e&%&arni život koji je bilo puno lak!e konstruirati.

To je mogao biti PNA (peptid-

nukleinska kiselina) svijet. PN je polimer s kosturom nalik na protein koji kao bo#ne lance ima baze nukleinski4 kiselina. 8edantakav lanac može se vezati sasebi komplementarnim lancem.


11/32

%okazano je da su nasumi#ne RN sekvence ponekad$unkcionalne.

%obar primjer je strukturno vrlo složen i visoko kataliti#ni aktivnaRNA &i,aza koja je u laboratoriju dobivena iz nasumi#nog RNslijeda. 9z nasumi#nosti, dakle, može može nastati $unkcionalnost.


12/32

%okazano je da su nasumi#ne RN sekvence ponekad$unkcionalne.

%obar primjer je strukturno vrlo složen i visoko kataliti#ni aktivnaRNA &i,aza koja je u laboratoriju dobivena iz nasumi#nog RNslijeda. 9z nasumi#nosti, dakle, može može nastati $unkcionalnost.

9pak, ovi rezultati dobiveni u sterilnom laboratoriju ne zna#e da je u bitnodruk#ijim uvjetima u pro!losti iz nasumi#nosti uistinu nastala$unkcionalnost. Naime, RN je kemijski vrlo nestabilna i te!ko se sintetiziraabioti#ki, pa je nevjerojatno da je bilo kakva RN spontano nastala u prirodi.

:ijela teorija o precelularnom svijetu se, o#ito, zasniva na nasumi#nimdogaajima. Nastanak $unkcionalni4 gena i proteina te celularnog svijetaisklju#ivo na osnovi nasumi#ni4 dogaaja trajao bi jako dugo 1 problemvremena;


13/32

Na svaki4 5/55 nasumi#no stvoreni4 proteina samo bi jedan bio$unkcionalan


14/32

Na svaki4 5/55 nasumi#no stvoreni4 proteina samo bi jedan bio$unkcionalan

=5 godina


15/32

Teoretski, precelularni život mogao je nastajati, postojati i razvijatise 5.=5 godina


16/32

Realno, na po#etku je emljina povr!ina bila neprikladna za životzbog previsoke temperature uzrokovane meteorskim

bombardiranjem i vlastitom geolo!kom di$erencijacijom, pa je precelularni život ?imao na raspolaganju@ svega 5. = 5 godina

"sporedba teoretski4 555 = 56/5 i realni4 5. = 5 godinaopravdava sumnju u teoriju o nasumi#nom nastanku života tj.$unkcionalni4 gena i proteina

Teoretski, precelularni život mogao je nastajati, postojati i razvijatise 5. = 5 godina


17/32

Nisu pronaeni nikakvi dokazi o postojanju precelularnog

života. 7vi zaklju#ci o njegovom postojanju su pretpostavke.9ako je te!ko zamisliti nastanak života iz neživog, precelularniživot se morao pojaviti u vrlo kratkom vremenu

Precelularni život nikada nije stvoren u laboratorijskimuvjetima. 9ako se #esto spominje teorija o RN svijetu, tajmodel nastanka života nije u potpunosti pri4va'en.


18/32

Ae'er ri$z% vrlo je te!ko sintetizirati bez pomo'i enzima udovoljnoj koli#ini.

→ poznato je da se nizom reakcija iz -r!a&'ehi'a može dobiti riboza, alismjesa !e'era nastala tim putem sadrži %vi.ek vi/e svih 'r%,ih !e'era, a

na.!an.e .e ri$ze→ #injenice da se te!ko dobije riboza govori protiv ideje o svijetu RN

→ do danas jo! nikome nije uspjelo dobiti jednostavni niz lan#ani4 reakcijas ribozom kao glavnim zavr!nim produktom


19/32

Poku!aji sinteze n%k&eti'a u laboratorijskim uvjetima(opona!anje praatmos$erski4 uvjeta) isto nisu uvijek uspje!ni

→ u nekim pokusima su dobilikombinacije purina i riboze, ali bez$os$ata

→ meutim, na sli#an na#in nisumogli stvoriti pirimidinskenukleotide, osim ako su uzeli u pomo' enzime

→ nukleotidi dobiveni ovakvimreakcijama obi#no nemaju pravilnustrukturu


20/32

7toga se pretpostavlja da su na prvotnoj emlji u reakcijesinteze nukleotida morali biti uklju#eni neki anorganskikatalizatori - oni su bili zaduženi za sintezu pravilni4 strukturanukleotida

Pretpstavka I2 ti su katalizatori mogli biti minerali- nakon !tosu se komponente nukleotida adsorbirale na povr!inu minerala,moglo je do'i do nji4ovog spajanja, a&i ' sa'a takvasposobnost nije dokazana niti za jedan testirani mineral

Pretpstavka II2 sinteza ribonukleotida je i!la posvenekataliziranim putevima, ali se ni ona do danas ne može

potvrditi


21/32

JA"K 01 SZOSTAK

na!ao jo! #vr!'i dokaz da je RN nastala prebioti#kim putem mogla provoditireplikaciju RN u uvjetima koji su vladalina primitivnoj zemlji2


22/32

B uzeo je smjesu nasumi#ni4 oligonukleotida (pretpostavio je da je takvasmjesa mogla nastati na emlji prije cca. 6 mlrd. god) i iz te smjese .e%spi iz&irati RNA koja je bila katalizator tj. mogla je povezivatioligonukleotide

Bosim toga, ovaj RN-katalizator je energiju potrebnu za odvijanjereakcije mogao uzimati iz tri$os$atne grupe, iste grupe koja kao gorivodanas pokre'e ve'inu reakcija u živim sustavima

B ta s&i2nst p'%pire teri.% 'a s% RNA kata&izatri preth'i&iprteinski! kata&izatri!a

JA"K 01 SZOSTAK

na!ao jo! #vr!'i dokaz da je RN nastala prebioti#kim putem mogla provoditireplikaciju RN u uvjetima koji su vladalina primitivnoj zemlji2


23/32

Podr!ku 4ipotezi o primarnosti RN svijeta daju i st%'i.eri$s!a2

&ni se sastoje od rRN i proteina, a imaju svojstvo pomicanjauzduž lanca mRN (tijekom procesa sinteze proteina).

Pri pomicanju ribosoma uzduž mRN dolazi do povezivanjaniza aminokiselina pomo'u peptidni4 veza.


24/32

Podr!ku 4ipotezi o primarnosti RN svijeta daju i st%'i.eri$s!a2

&ni se sastoje od rRN i proteina, a imaju svojstvo pomicanjauzduž lanca mRN (tijekom procesa sinteze proteina).

Pri pomicanju ribosoma uzduž mRN dolazi do povezivanjaniza aminokiselina pomo'u peptidni4 veza.

CRRD E. N&FFR 8R stvaranje peptidni4 veza

katalizira RN, a ne proteinskidio ribosoma


25/32

Niz radova iz ovog podru#ja navodi na zaklju#ak da se uuvjetima prvobitne emlje mogla kao zajedni#ki predak razvitiRN.


26/32

Niz radova iz ovog podru#ja navodi na zaklju#ak da se uuvjetima prvobitne emlje mogla kao zajedni#ki predak razvitiRN.

SOL SPIE*ELMAN

pokazao da i RN molekule mogu stjecati nove osobine

ko se RN neprekidno replicira u nazo#nosti ribonukleaze, poneka

kopija replicirane RN 'e ste'i otpornost na degradativni enzim.

*ERAL3 41 JO5"E i SURA3NI"I

'$i&i su $inijim postupcima % &a$ratri.% ri$zi!e koji su mogli

rezati niz kemijski4 veza, uklju#uju'i i peptidne veze

%akle, postoji niz razloga za ideju o postojanju svijeta RN teda je RN ?izumila@ sintezu proteina.


27/32

PRIJE OKO TRI MILIJAR3E *O3INAPR&


28/32



29/32



30/32

&&N

3 E 4

PRIJE OKO 3VIJE MILIJAR3E *O3INA PRIJE OKO 678 MILIJAR3E *O3INA

"


31/32

&&N

3 E 4


"


32/32

&&N

3 E 4


"

06 bioloska evolucija - pramolekula zivota

Documents