Zamislite RNK svijet: da nema DNK, nego samo RNK. Šta mislite da li je moguće? Naučnici kažu da bi RNK svijet zapravo bio prvi živi svijet koji je nastao, da je DNK došla poslije.
Hemičari kažu da su riješili ključni problem u teoriji početaka života na našoj planeti, pokazujući da RNK molekule mogu međusobno povezati kratke lance aminokiselina u peptide. To je moglo omogućiti sve složenije RNK, proteine i njihove kombinacije. A to je mogući put do hemije života koju danas poznajemo, od neživih molekula do visoko organiziranih sistema molekula koje imaju sposobnost autoreplikacije i samoodrživosti.
Veliko pitanje u nauci je to koja je nukleinska kiselina nastala prije – DNK ili RNK? Podsjetimo, nukleinske kiseline nisu samo nosioci nasljedne informacije nego su i ključ sinteze proteina živih bića i imaju sposobnost da proizvedu same sebe, da se autorepliciraju u katalitičkom procesu.
Danas je kod većine organizama (dakle, osim RNK virusa) DNK ta koja “vodi kolo”. DNK se nalazi u nukleusu ćelije, ne izlazi iz njega, dobro je čuvana, a dijelovi genetičke poruke za sintezu se, po potrebi, prepisuju na molekule informacione RNK (iRNK, eng. mRNA), izlaze iz nukleusa i na ribosomima zajedno s transportnom RNK u procesu translacije obavljaju jednu zaista posebnu hemijsku reakciju – nizanje aminokiselina u lanac peptida ili proteina, po određenom redoslijedu.
Da, DNK je superstar. RNK je u njenoj sjeni, ali polako izlazi iz sjene, jer se o različitim molekulama RNK sve više priča i to ne samo u kontekstu COVID-19 vakcina.
Postoje dvije teorije o ovim molekulama – jedna je da je je prvo nastala DNK, a druga da je prvo nastala RNK.
Nalazi podupiru varijaciju hipoteze o ‘svijetu RNK’, koja predlaže da su se, prije nego što je DNK evoluirala, hemijski preci biološkog života temeljili na RNK.
U radu objavljenom u Nature 11. maja 2022. pod naslovom “A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world”, naučnici s Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) u Münchenu objavljuju argumente da je RNK nastala prije DNK.
Oni su u radu pokazali kako nekanonske RNK, koje se danas nalaze u transportnim ribosomskim RNK, a koje se smatraju reliktima svijeta RNK mogu uspostaviti sintezu peptida izravno na RNK. To su RNK molekule s nekim čudnim, povezivanjima. No, da bi se molekule nukleinskih kiselina replicirale, za to su potrebni enzimi. A enzimi su proteini. Dakle, kako se ove molekule mogu očuvati i replicirati, ako nema proteina?
U svijetu RNK, proto-životni oblici (dakle ne pravi život) su mogli postojati kao složeni proto-RNK lanci koji su se mogli kopirati. Kasnije su ti ‘RNK enzimi’ mogli razviti sposobnost izgradnje proteina i u konačnici prenijeti pohranjenu genetičku informacija u stabilniju DNK.
Međutim, RNK katalizatori su slabiji od proteinskih katalizatora – enzima. Manje su efikasni.
Tajnu stvaranja proteina kriju ribosomi – male strukture koje čak nisu ni prave organele jer nemaju membranu. Na njima se vrši sinteza proteina, pomoću informacione i transportne RNK. Ribosomi imaju svoje proteine, ali imaju i ribosomalne RNK u osnovi svoje strukture. Neke od ovih RNK imaju neke neobične osobine. Pitanje je – ako u pradavno doba nisu postojali ribosomi – kako je došlo do stvarnja proteina?
Minhenski tim je izgradio sintetičku RNK molekulu koja je uključivala dva modificirana nukleozida spajanjem dva dijela RNK koja se obično nalazi u živim stanicama. Na prvom od egzotičnih mjesta, sintetička se molekula mogla vezati za aminokiselinu, koja se zatim pomaknula u stranu kako bi se vezala s drugim egzotičnim nukleozidom koji je uz nju. Onda su razdvojili ove niti RNK i uveli treću, koja je mogla formirati kovalentnu vezu s prethodno povezanom aminokiselinom. Tako se formirao lanac aminokiselina, peptid – upravo ono što nam treba i što se upravo dešava u našim organizmima i što je osnova metabolizma i života. Samo bez ribosoma.
Od ovog vezivanja aminokiselina u peptid pomoću RNK molekela obje strane imaju korist – peptini lanac stabilizira RNK molekule, a RNK molekule stvaraju novu vrijednost – peptide. Dakle i jedne i druge molekule imaju koristi od ovog procesa. Kao da su RNK molekule u određenim slučajnim procesima “pronašle” način (dakle nenamjerno) kako da stabiliziraju svoju strukturu, kao neku vrstu podupirača u vidu lanca aminokiselina.
Izvori:
How life could have arisen on an ‘RNA world’
Origin of life theory involving RNA–protein hybrid gets new support
Müller, F., Escobar, L., Xu, F. et al. A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world. Nature 605, 279–284 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04676-3
