Marcin Klapczyński (oprac.), "Ewolucja kodu genetycznego a prebiotyczna zupa" (2005)

Nowa teoria wyjaśnia dlaczego język naszych genów jest bardziej skomplikowany niż jest to potrzebne. Ponadto studia sugerują również, że prebiotyczna zupa - w której powstało życie na Ziemi - była gorąca, nie zimna, jak uważa wielu naukowców. W artykule opublikowanym w tym tygodniu w Journal of Molecular Evolution, naukowcy z University of Bath, Wielka Brytania, opisują nową teorię, która według nich rozwiązuje zagadkę, która dręczyła naukowców od kilkudziesięciu lat.
> <br> W 1968 roku Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana oraz Robert Holley otrzymali Nagrodę Nobla za opisanie w jaki sposób białka produkowane są na podstawie kodu genetycznego. Naukowcy odkryli, że trzyliterowe 'słowa' - zwane kodonami - są czytane z nici DNA i tłumaczone na konkretne aminokwasy. Te ostatnie układane są w łancuszki w kolejności dyktowanej przez informację zawartą w kodzie DNA i zwijane w złożone kształty, aby uformować funkcjonalne białka.
> <br> Skoro alfabet DNA posiada cztery 'litery' (A,C,G,T) - zwane nukleotydami - istnieją 64 trzyliterowe kombinacje w słowniku genetycznym. Jednak dlaczego istnieją aż 64 słowa, które mogą być przetłumaczone na jedynie 20 aminokwasów i dlaczego proces ten jest bardziej skomplikowany niż powinien? Naukowcy nie potrafili odpowiedzieć jednoznacznie na te pytania przez ostatnie 40 lat. Wszelkie teorie powstałe na ten temat zostały wkrótce obalone, gdyż nie potrafiły wyjaśnić dziwnych procesów zachodzących podczas syntezy białek.
> <br> "Dlaczego istnieje o wiele więcej kodonów niż aminokwasów było zagadką od czasu odkrycia sposobu w jaki informacja z DNA jest tłumaczona na białka", mówi Jean van den Elsen z University of Bath. "Oznaczało to, że kod genetyczny nie posiadał piękna stałych matematycznych opisujących Wszechświat, co jest spodziewane po systemie stanowiącym fundament życia na Ziemi."
> <br>

> <br> Nowa teoria opiera się na oryginalnej idei zasugerowanej przez Francisa Cricka - jednego z odkrywców struktury DNA - która mówi, że trzyliterowy kod wyewoluował z bardziej prostego - kodu dwuliterowego. Crick sądził jednak, że różnica w liczbie była po prostu kwesią przypadku utrwalonego z biegiem czasu. Naukowcy z University of Bath sugerują zaś, że pierwotny kod dubletowy był czytany po trzy litery, jednak pierwsza lub ostatnia z liter była ignorowana. Czyli tak naprawdę aktywnie odczytywany był 'przedrostek' na początku lub 'przyrostek' na końcu tripletu.
> <br> Poprzez połączenie razem układów tych podwójnych kodów, naukowcy mogą odtworzyć całą tabelę aminokwasów - wyjaśniając dlaczego niektóre z nich mogą być tłumaczone przez grupy 2, 4 lub 6 kodonów. Badacze wykazują również jak grupy aminokwasów lubiących wodę (hydrofilowych) i stroniących od niej (hydrofobowych) powstały naturalnie w tabeli, ewoluując z nakładających się na siebie przedrostków i przyrostków.
> <br>
> &quot;Kiedy rozwinie się naszą teorię przekształcenia się systemu dubletowego w tripletowy, można uzyskać dokładną liczbe i występowanie obecnych aminokwas&oacute;w&quot;, tłumaczy van den Elsen, kt&oacute;ry wraz z Stefanem Babhy i Huan-Lin Wu pracował nad teorią. &quot;To proste założenie wyjaśnia wiele tajemniczych cech kodu genetycznego. Nikt wcześniej tego nie dokonał, dlatego jesteśmy bardzo podekscytowani.&quot;<br>
> Teoria wyjaśnia r&oacute;wnież jak struktura kodu genetycznego maksymalizuje tolerancję błed&oacute;w. Na przykład 'poślizgnięcie' się enzymu podczas translacji często prowadzi do wyprodukowania innego aminokwasu, ale z taką samą charakterystyką, co wyjaśnia doskonałą umiejętność kodu genetycznego w utrzymaniu integralności. &quot;Jest to bardzo istotne, gdyż takie pomyłki mogą być nawet śmiertelne dla organizmu&quot;, m&oacute;wi van Den Elsen.<br>
> Teoria wskazuje r&oacute;wnież na dwa aminokwasy, kt&oacute;re mogły być wyłączone z systemu dubletowego i były relatywnie nowym nabytkiem kodu genetycznego. Ponieważ te aminokwasy - glutamina i asparagina - są niestabilne w wysokich temperaturach, gorące środowisko mogło zapobiegać ich formowaniu w pewnym okresie rozwoju życia na Ziemi.<br>
> Jednym z możliwych powod&oacute;w tego stanu może być fakt, że ostatni uniwersalny wsp&oacute;lny przodek - LUCA (ang. <i>Last Universal Common Ancestor<i> ), z którego wyewoluowały wszystkie organizmy, żył w pobliżu gorących siarkowych sadzawek lub otworów hydrotermalnych. W momencie gdy przeniósł się do chłodniejszych środowisk, był w stanie wyprodukować te dodatkowe aminokwasy i rozwinąć się w bardziej skomplikowane organizmy. To dodatkowe dowody świadczące na korzyść teorii mówiącej, że życie powstało w gorącej zupie prebiotycznej.
> <br> "Wciąż istnieją relikty bardzo starego i prostego kodu - są ukryte w naszym DNA i w strukturach naszych komórek", mówi van den Elsen. Naukowiec wskazuje na kilka enzymów zwanych aminoacylo-tRNA syntetazami - cząsteczkami biorącymi udział w syntezie białek, które 'patrzą' tylko na dublety w trójliterowych wyrazach. "Z czasem stało się możliwe zaadapotwanie nowych aminokwasów. Obecny format jest skutkiem kompromisu pomiedzy słownikiem aminokwasowym i minimalizacją jego błędów.
> <br> [opracował Marcin Klapczyński]
> <br> Źródło:
> Scientists Crack 40-year-old DNA Puzzle And Point To 'Hot Soup' At The Origin Of Life, <i>Science Daily<i> / University of Bath press release, 16.08.05
> <p>