Давайте поговорим о новой теме ЕГЭ по биологии 2024 года "Концепция «Мир РНК» . Ссылочка на перечень новых тем ЕГЭ по биологии https://dzen.ru/media/olga2023bio/chto-novogo-mojno-uvidet-na-ege-po-biologii-v-2024-godu
По сути мы рассмотрим основные моменты, способствующие появлению этой гипотезы или идеи безбелкового мира. Почему вдруг заговорили о том,что молекулы РНК могли самосинтезироваться и существовать ещё до появления белков-катализаторов? Это длинный путь развития представлений о молекулах РНК.
История появления этой гипотезы началась,пожалуй, в 1953 году, когда Д. Уотсон и Ф. Крик открыли структуру молекулы ДНК. Была сформулирована догма молекулярной биологии : генетическая информация, записанная в ДНК, реализуется в виде белков через полимер -рибонуклеиновую кислоту (РНК). Известная нам запись: ДНК-РНК-белок
Молекулы РНК служат матрицами для синтеза белков - генетическая информация транслируется в форму полипептидных цепей.
Что было известно о молекулах РНК до появления данной гипотезы? Конечно,что РНК имеются в клетках про и эукариот. Известны 3 основные типа РНК: информационная (матричная, мРНК), транспортная (тРНК), рибосомная (рРНК). В ядре клеток эукариот ещё имеется гетерогенная ядерная РНК (гяРНК).
РНК может служить матрицей как для воспроизведения своей собственной структуры в РНК-содержащих вирусных геномах,так и для биосинтеза ДНК у высших организмов.
В дальнейшем были изучены теломеразы ДНК (хромосом).
Концы хромосом (молекул ДНК) -теломеразы. Оказалось,что теломеразы разных животных организмов очень похожи, универсальны. В теломеразе 6 — 8 нуклеотидных остатков. В них повторяющиеся нуклеотиды. Например, теломера человека: ТТАGGG . Такие же теломеры у рыб,рептилий, амфибий, птиц. У растений теломера: ТТТАGGG
Теломеры предотвращают слияние хромосом и участвуют в их прикреплении к скелету ядра. При каждой репликации ДНК теломеразы укорачиваются.
РНК клетки выполняет ряд функций: передача наследственной информации о структуре белка от ДНК к мРНК, участие в формировании структуры рибосом (рРНК), обеспечение акцептирования и перенос аминокислот к рибосомам (тРНК). РНК - уникальный биополимер, выполняющий функции ДНК и белков. Ее уникальные свойства быть как носителем наследуемой информации, так и возможность образовывать сложные трехмерные структуры, обладающие каталитической активностью, могут быть свидетельством того то, что первичной молекулой могла быть РНК.
Ферменты РНК – рибозимы выполняют различные функции. Рибозимы -это молекулы РНК по своей химической природе. Они являются катализаторами при расщеплении и сшивании других молекул РНК. Максимальная активность рибозимов наблюдается при низких температурах (низкотемпературный катализ).
В 1982 -1983 гг. Альтман и Чек обнаружили рибозимы. В дальнейшем Чек изучил процессинг 26S рРНК (аналог 28S рРНК высших эукариот) у тетрахимены (Tetrahymena thermophila).
Внутри 26S рРНК тетрахимены (Tetrahymena thermophila) имеются интроны состоящие из 400 нуклеотидов. Они могут вырезаться при помощи РНК в присутствии ионов магния и гуанозина и сшиваться. Началось активное изучение этих особых РНК-катализаторов - рибозимов.
Было открыто, например, что рибозим L-19 IVS обладает нуклеазной активностью, нуклеотидилтрансферазной (полимеразной) активностью и способен катализировать синтез олигонуклеотидов (олиго-С). Следовательно, возможна аутокаталитическая репликация РНК и это свидетельствует в пользу существования «мира РНК».
Открытие каталитически активных РНК – рибозимов привело к созданию концепции «мира РНК». Стало ясно,что молекулы РНК появились раньше ДНК на нашей планете. Они могли без белков- катализаторов осуществлять метаболические реакции. И в 1986 году была сформулирована идея безбелкового мира РНК. Сейчас гипотеза о начале жизни на нашей планете с молекул РНК и их ансамблей является общепринятой. Термин «мир РНК» используется для обозначения древней, пребиотической ситуации на Земле
( около 4 млрд. лет назад) - время существования РНК без белков.
Для тех,кто хочет углубиться в мир молекул ДНК иРНК, можно почитать :Зверева М.Э., Шпанченко О.В., Донцова О. А., Богданов А.А. Структура и функции тмРНК (10Sa РНК) // Молекулярная биология, 2000, том 34, № 6, с. 1081-1089.
Рис Э. Стернберг М. От клеток к клеткам: Иллюстрированное введение в молекулярную биологию: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. – 144с
Спирин А.С. Мир РНК и его эволюция Молекулярная биология, 2005, том 39, № 4, с. 550-556.
Спирин А.С. Биосинтез белков, мир РНК и происхождение жизни // Вестник РАН, 2001, № 4, с.320-328.