De ce ARN-ul ADN-ul a pierdut în lupta pentru transmiterea informației ereditare scisne

ARN-ul dublu catenar nu este posibilă schimbări structurale care molecula de ADN conferă rezistență la modificări chimice.

Vedere artistică a moleculei de ADN dublu catenar structură; „Beam“ sunt formate între cele două lanțuri conectate la fiecare alte baze azotate.

Auzim adesea că viața pe Pământ a început cu ARN - că acizii ribonucleic au fost primii care au învățat să nu numai informații magazin, dar, de asemenea, să le transmită din generație în generație și, mai important, pentru a permite în același timp, un anumit procent de eroare, deschidere modul de selecție .

Conform ipotezei unei lumi ARN în oceane antice de pe planeta noastră am inotat molecule de ARN, care sunt ele însele copiate și au concurat unele cu altele pentru resurse - de exemplu, nucleotide, care sunt utilizate pentru „cărămizi“ clădire ARN-ului.

Dar în timp, ARN-ul a fost retrogradat pe locul al doilea, și în organisme moderne (cu excepția unor virusuri) toate informatiile genetice stocate in ADN-ul și ARN-ul a fost copia proxy, care este sintetizat pe o genă specifică, și apoi transmis la mașină-sintetizarea proteinelor. Cu toate acestea, există o mulțime de soiuri de ARN-ului în celulele care poartă cele mai importante funcții de reglementare, dar, oricum, stocarea informației genetice și ARN-ul nu este angajat.

De ce s-a întâmplat? Este cunoscut faptul că ADN-ul este mult mai stabil decât ARN, și unul dintre mecanismele de astfel de stabilitate sunt descrise într-un articol in natura structurala si Biologie Moleculara Hashim Al Hashemi (M Hashim Al-Hashimi) si colegii sai de la Duke University. Dar, înainte de a trece la esența muncii lor, trebuie să ne amintim că este un ADN.

Știm că această moleculă dublu catenară seamănă cu o scară în spirală - fiecare secvență de ADN catenă formată din ribonucleotide, care includ reziduu de acid fosforic, dezoxiriboză zahăr și baza azotată. Acesta bază azotată, numărul patru (adenină, A, timină, T, guanina G, citozina, C), și formează textul genetic.

Baza ADN interior „scara“, cu bazele de azot ale unui fir de baze ADN-ului sunt conectate la alte fire care formează „treptele“. Cu toate acestea, o bază conectată la un nu cumva, și în conformitate cu anumite reguli de complementaritate: - adenina cu timina, guanina - cu citozină. Meritul Watson și Crick a construit un model al ADN-ului în faptul că au dat seama că era astfel de nucleotide o conexiune în diferite circuite duce la o moleculă lungă stabilă, care este capabil să transmită informații „fiica“ lor.

Replication (adică o dublare a ADN-ului), la fiecare din lanțul său în conformitate cu articolul complementarității lanț nou este sintetizat și de compus A strict cu T și C cu G, două noi molecule de ADN dublu catenar arata ca si prima molecula părinte. (Este de remarcat faptul că, de fapt, o molecula vechi divergent în două lanțuri, și fiecare dintre lanțurile de frunze vechi moștenite molecule fiice, dar complicațiile moleculare ale replicării, noi nu o să se scufunde.)

Dar destul de curând sa dovedit că nucleotidele din circuitele complementare se pot împerechea unele cu altele în diferite moduri. Acest lucru nu înseamnă că adenina brusc apar asociat cu guanină - însoțitorii înșiși sunt aceleași, doar legăturile chimice dintre ele vor fi ușor diferite. Schema de nucleotide împerechere necanonice sugerat Karst Hugstin și de atunci, în afară de cele standard, perechile Watson-Crick, există mai multe și Hoogsteen perechi de baze. Repetăm ​​încă o dată că, în asocierea adeninei Hugstinu încă fețele pereche cu timină și guanină cu citozină, doar în moleculele lor legături sunt formate între ceilalți atomi și baze azotate înșiși oarecum diferit dislocat în spațiu în raport unul cu altul.

nucleotide în legătură (adenina cu timina și guanină cu citozină), și Watson și Crick pe una din hugstinovskih acest. (Ilustrația Evgenia N. Nikolova și colab. Nature 470, 498-502.)

Diferite tipuri de nucleotide de asociere are în ADN-ul naturale: în urmă cu câțiva ani, al-Hashimi și colaboratorii săi au arătat că o pereche de nucleotide trece în forma hugstinovskuyu atunci când ADN-ul proteine ​​de legare, sau atunci când se va întâmpla daune chimice. La ieșirea din ADN-ul si proteine ​​daune atunci când sunt scoase, a revenit la normal perechi de bază de stat, Watson-Crick.

ARN-ul este la fel ca sa dovedit, interacțiuni hugstinovskih nu se obține. ARN-ul poate exista, de asemenea, sub forma unui dublu helix, dar baza este întotdeauna asociat cu Watson și Crick, indiferent de condițiile externe și indiferent de secvența de nucleotide a ARN-ului în sine.

Cu alte cuvinte, interacțiunea ADN Hugstinu adăugat flexibilitate și rezistență: în cazul oricărei probleme lanțului său chimic nu se abat de la ele, și să aștepte atunci când sunt reparate. Poate că interacțiunea hugstinovskie sunt tot drumul la lucru cu proteine ​​- și, de fapt, ADN-ul pentru a lucra în mod constant cu proteine ​​care vin fie pentru a permite o anumită genă sau să inițieze replicare, sau pentru a corecta mutatie. Dublu catenar molecula de ARN în acest sens este mai rigid și fragil, și, prin urmare, mai puțin potrivite pentru rolul de gardian al informației genetice.

Ideea că viața ar fi putut apărea pe baza unor molecule de ARN-automultiplicare, nu este nou. De fapt, ARN combină atât funcția de stocare a informației genetice, și capacitatea de a cataliza biochimice. Acum ipoteza mondială ARN-ul este pur și simplu teoria speculativă a devenit un model teoretic care are dovezi bune și baze experimentale. Desigur, această teorie ridică multe întrebări, dar, cu toate acestea, ea poate fi numit pe bună dreptate una dintre ipoteza cea mai rezonabilă a vieții pe Pământ.

ARN-ul are capacitatea de a fi o enzimă se poate efectua anumite reacții chimice, și experimentele au arătat că moleculele de ARN sunt destul de capabile să crească lanțul ribonucleotide - adică ARN poate sintetiza ARN. O altă întrebare în teoria lumii ARN-ului - în cazul în care a făcut materiile prime pentru mici polimeri molecula de ARN-. monomeri ARN sunt ribonucleotide, a cărui structură nu este atât de simplu, și în celula curentă, ele sunt sintetizate de proteine.

Se crede că viața pe Pământ a început cu molecule care pot crea copii de ei înșiși, în timp ce amintindu care se încadrează în ele schimbă-mutatii. Potrivit celor mai frecvente ipoteza, astfel de molecule au fost ARN. Molecule care, în același timp, pentru a obține beneficii? Imploră un răspuns - mai scurt, deoarece acestea sunt mai rapide pentru a copia, adică, ei ar fi mai mare decât rata de reproducere și acestea sunt pur și simplu luate pentru toate resursele din moleculele mai lungi. Cu toate acestea, avantajul este încă lăsat ARN lung. De ce?

Viața pe Pământ a început cu molecule care pot crea copii de ei înșiși, și, aparent, au fost similare cu ADN-ul modern si ARN-ului. Problema, însă, este faptul că acidul nucleic curent nevoie de ajutor proteine ​​pentru a face propria copie. Dar proteinele în sine nu pot fi create fără a acizilor nucleici - informații despre secvența de aminoacizi codificată în nucleotide ADN. Deci, în cazul în care acizii nucleici au fost primii din lume, ei nu ar fi în măsură să părăsească „semințe“, iar în cazul în care primele au fost albii - ceea ce stochează informații despre moleculele de proteine?

comutatoare ARN - regiunile active, descoperite recent de molecule de ARN care guvernează genele. Pana acum se credea că reglementarea prin intermediul comutatoarelor de ARN este simplu: comutator reacționează la o anumită substanță și suprimă (rar - activează) activitatea genei. Cercetatorii americani au descoperit un aparat de reglementare mai complex, care este un complex de două comutatoare ARN care răspund la diferite substanțe. Descoperirea arată că capacitățile vechi fără proteine ​​ale mecanismului de reglementare a genei nu este atât de limitată, așa cum se credea anterior.

Înțelegerea științifică a originii vieții în ultimul deceniu, există o revoluție, și este departe de a fi completă. Din păcate, această informație este disponibilă numai în principal în limba engleză. O serie de articole în atenția cititorilor, umple parțial acest decalaj.

Dezvoltarea unui dispozitiv computerizat pentru experimente asupra evoluției artificiale, care permite să efectueze mai multe operațiuni în modul automat, care a avut anterior să fie efectuate manual. Plasat în instalarea unei molecule de ARN cu proprietăți catalitice (ribozime) pentru 70 de ore a crescut evoluția activității sale catalitice este de 90 de ori care au necesitat fixare 11 mutatii. Poate că în viitorul apropiat, în regia evoluția microorganismelor și a moleculelor va fi la fel de simplu ca lansarea unui program de calculator.

Biologii de la Scripps in timpul Institituta experimentului „evoluție-in-tub“, a primit o moleculă de ARN care este capabilă de a cataliza sinteza altor ARN. Se presupune că la începutul vieții apariția unor astfel de molecule ar fi fost un punct de cotitură între chimice și evoluția biologică. Și, deși astfel de enzime ARN deja efectuate în astfel de sisteme, noua molecula are o versatilitate semnificativ mai mare.

Teoria evoluției este una dintre pietrele de temelie ale biologiei și științei în general. În ultimii ani, teoria evoluției a cunoscut o schimbare rapidă și dezvoltare în legătură cu apariția practicii științei naturale nou strat puternic de date experimentale și metode teoretice. În evoluția macromoleculelor care codifică au fost: ADN, ARN și proteine.