Früher haben wir gesagt, dass es am Ursprung des Lebens auf der Erde die sogenannte Welt der RNA gab. Wissenschaftler vermuten, dass RNA-Komponenten mit Meteoriten auf unseren Planeten gebracht worden sein könnten. Denken Sie daran, dass Ribonukleinsäuren in der Lage sind, Informationen zu speichern und zu kopieren, dh sie können sich selbst reproduzieren. Gleichzeitig sind beim Kopiervorgang Mutationen möglich, die sowohl schädlich als auch nützlich sein können. Darüber hinaus kann sich RNA im Gegensatz zu DNA selbst reproduzieren, ohne die Hilfe von Enzymproteinen. Aber die Frage bleibt, wie sind Proteine entstanden? Schließlich sind Informationen über Proteine in der DNA verschlüsselt, aber in der Welt der RNA gab es noch keine Desoxyribonukleinsäure. Die Antwort auf diese Frage haben Mitarbeiter der Universität München gegeben.
Wie Proteine in Zellen synthetisiert werden
Wie wir bereits gesagt haben, besteht RNA aus fünf stickstoffhaltigen Basen oder genetischen Buchstaben – Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), Cytosin (C) und Uracil (U). Manchmal enthält RNA jedoch chemische Modifikationen bestimmter Buchstaben. Insbesondere sind sie in dieser Form in Nukleinsäureketten in Ribosomen enthalten.
Erinnern Sie sich daran, dass Ribosomen echte Pflanzen in den Zellen lebender Organismen sind, die Proteine synthetisieren. Im Allgemeinen sind Ribosomen ein sehr komplexer Mechanismus, aber sie basieren auf RNA, die viele ribosomale Proteine enthält.
Ribosomen sind Fabriken in lebenden Zellen, die Proteine synthetisieren.
Um neue Proteine herzustellen, nehmen Ribosomen Informationen von Boten-RNA oder mRNA auf. Sie “scannen” buchstäblich die mRNA, um die Buchstabenfolge zu lesen, die für das Protein kodiert. Aber Informationen allein reichen nicht aus, um ein Protein herzustellen. Das Material, aus dem sie synthetisiert werden, wird ebenfalls benötigt. Diese Materialien sind Aminosäuren. Sie werden den Ribosomen durch Transfer-RNAs oder tRNAs zugeführt.
Infolgedessen ist der Prozess der Proteinsynthese wie folgt: tRNA mit einer bestimmten Aminosäure kommt mit der mRNA-Stelle in Kontakt. Findet das Ribosom die richtige tRNA mit der richtigen Aminosäure, verwendet es die letzte in der Proteinkette. Eine wichtige Rolle spielen dabei modifizierte Buchstaben, die zu einer stabilen Wechselwirkung zwischen tRNA und mRNA beitragen.
Wie Proteine auf der Erde erscheinen könnten
Wir haben uns angesehen, wie Proteine in Ribosomen synthetisiert werden. Aber wie konnten sie vor dem Erscheinen der Ribosomen entstanden sein? Zuvor haben Wissenschaftler herausgefunden, dass RNA mit Modifikationen aus anorganischem Material synthetisiert werden kann. Darüber hinaus ist bekannt, dass sich modifizierte Buchstaben mit Aminosäuren verbinden können.
Nun haben Wissenschaftler in einer neuen Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, gezeigt, wie modifizierte RNAs selbst kleine Proteine aus Aminosäuren erzeugen können. Dazu synthetisierten die Autoren der Arbeit RNA mit veränderten Buchstaben und brachten sie in eine Lösung mit Aminosäuren.
Die ersten Peptide konnten von geschaffen werden RNA ohne die Hilfe von Proteinen
Die künstlich erzeugte RNA erwies sich als klein und gepaart. Was bedeutet das? Einige genetische Buchstaben können sich durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbinden. Beispielsweise kann sich Adenin mit Thymin oder Uracil verbinden. Guanin kann mit Cytosin kombiniert werden. Solche Paare werden als zueinander komplementär bezeichnet.
Dadurch können sich zwei Nukleinsäuren oder sogar zwei Abschnitte derselben RNA miteinander verbinden, wenn dies durch eine Buchstabenfolge ermöglicht wird. Solche RNAs werden normalerweise als zueinander komplementär bezeichnet.
Bei ihrer Arbeit verwendeten die Wissenschaftler eine RNA mit einem veränderten Buchstaben A am Ende und die zweite mit einem veränderten Buchstaben U. Beim Verbinden der beiden RNAs lagen die Buchstaben A und Y nebeneinander. Gleichzeitig wechselte die Aminosäure vom Donor-Buchstaben A zum Akzeptor-Buchstaben U.
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Dann begannen die Wissenschaftler, die Moleküle zu erhitzen, wodurch sich die RNA ausbreitete. Aber als die Moleküle abzukühlen begannen, näherten sie sich wieder. Gleichzeitig wurde ein RNA-Donor mit der Akzeptor-RNA verbunden, die eine neue Aminosäure auf dem Buchstaben A enthielt. Letztere wechselte schließlich auch zu einem Acceptance Letter. Als Ergebnis enthielt der Buchstabe A bereits zwei Aminosäuren. Damit konnte die Zahl der Aminosäuren pro Buchstabe auf fünfzehn erhöht werden. So entsteht ein kleines Peptid (ein aus Aminosäuren gebildetes Protein) auch ohne Ribosom, sondern nur durch das Zusammenspiel zweier RNAs.
Der genetische Code könnte als Ergebnis der Wechselwirkung von RNA und Proteinen entstanden sein
Wie ist der komplexe genetische Code entstanden
Aus dem Vorhergehenden folgt, dass RNA, die in der dieselbe Lösung mit Aminosäuren, könnte sie gut zu Peptiden kombinieren. Darüber hinaus verstärkten die an den modifizierten Buchstaben gebildeten Proteine die Bindung zwischen den interagierenden RNAs. Mit anderen Worten, Nukleinsäuren könnten Proteine erzeugen, die wiederum die Entwicklung von RNA auf einen bestimmten Weg lenken. Sie könnten zum Beispiel helfen, ihre Länge zu erhöhen.
Natürlich ist das noch kein genetischer Code, aber im Laufe der Zeit könnten bestimmte RNAs mit einer charakteristischen Buchstabenfolge entstanden sein, die Proteine mit einem bestimmten Amino synthetisiert haben saure Zusammensetzung. Allmählich entwickelten sich diese Moleküle, was zur Entstehung komplexer enzymatischer Mechanismen und eines echten genetischen Codes führte.
Natürlich ist RNA, die Proteine und sogar DNA synthetisiert, noch kein Leben. Laut einigen Wissenschaftlern könnte das Leben aus einem Hybrid aus DNA- und RNA-Molekülen entstanden sein. Wie es dazu kam, erfahren Sie hier.