რნმ-ის სამყარო

რნმ-ის სამყარო — დედამიწაზე სიცოცხლის ევოლუციური ისტორიის ჰიპოთეტური ეტაპია, რომელშიც თვითრეპლიცირებადი რნმ-ის მოლეკულები მრავლდებოდნენ დნმ-ისა და ცილების ევოლუციამდე.  ტერმინი ასევე უკავშირდება ჰიპოთეზას, რომელიც ამტკიცებს ამ ეტაპის არსებობას.

1962 წელს, პირველად ალექსანდრე რიჩმა შემოგვთავაზა რნმ სამყაროს კონცეფცია,  ხოლო ტერმინის შემოღება კი ვალტერ გილბერტს უკავშირდება 1986 წელს.  თუმცა არსებობს სიცოცხლის ჩასახვის ალტერნატიული ქიმიური გზებიც   და რნმ-ზე დაფუძნებული სიცოცხლე შესაძლოა არც ყოფილიყო პირველი სიცოცხლე, რომელიც არსებობდა. მიუხედავად ამისა, "რნმ-ის სამყაროს" ჰიპოთეზა, როგორც ჩანს, აბიოგენეზის ყველაზე ხელსაყრელი პარადიგმაა, მაგრამ მომხრეებიც კი თანხმდებიან, რომ მას ჯერ კიდევ არ შემოუთავაზებია  დამაჯერებელი მტკიცებულება სხვა პარადიგმებისა და ჰიპოთეზების სრულად გაყალბებისთვის.   რნმ-ის ოთხივე სამშენებლო ბლოკის ერთდროულმა ფორმირებამ კიდევ უფრო გააძლიერა ჰიპოთეზა.  პრებიოტიკურ სცენარში მისი დამაჯერებლობის მიუხედავად, რნმ-ის სამყარო შეიძლება გახდეს სიცოცხლის წარმოშობის შესწავლის მოდელის სისტემა. 

დნმ-ის მსგავსად, რნმ-საც შეუძლია გენეტიკური ინფორმაციის შენახვა და რეპლიკაცია. ცილის ფერმენტების მსგავსად, რნმ ფერმენტებს (რიბოზიმებს) შეუძლიათ გაააქტიურონ (დაიწყონ ან დააჩქარონ) ქიმიური რეაქციები, რომლებიც კრიტიკულია სიცოცხლისთვის.  უჯრედების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტი- რიბოსომა, ძირითადად შედგება რნმ-ისგან. რიბონუკლეოტიდის ნაწილაკები ბევრ კოენზიმში გვხვდება, როგორიცაა აცეტილ-CoA, NADH, FADH და F420, შეიძლება იყოს კოვალენტურად შეკრული კოენზიმების ნარჩენები რნმ სამყაროში. 

მიუხედავად იმისა, რომ რნმ მყიფეა, ზოგიერთ უძველეს რნმ-ს შეიძლება ჰქონოდა სხვა რნმ-ების მეთილაციის უნარი მათ დასაცავად.

თუ რნმ სამყარო არსებობდა, მას ალბათ მოჰყვა ეპოქა, რომელსაც ახასიათებდა რიბონუკლეოპროტეინების (RNP სამყარო) ევოლუცია , რამაც თავის მხრივ დაიწყო დნმ-ის და უფრო გრძელი ცილების ერა. დნმ უფრო მეტად სტაბილური და გამძლეა  ვიდრე რნმ; ამით შეიძლება აიხსნას, თუ რატომ გახდა ის ინფორმაციის შესანახი დომინანტური მოლეკულა.  ცილის ფერმენტები შესაძლოა შეცვალონ რნმ-ზე დაფუძნებული რიბოზიმებით, როგორც ბიოკატალიზატორები, რადგან მათი  სიმრავლე და მონომერების მრავალფეროვნება მათ უფრო მრავალმხრივს ხდის. ვინაიდან ზოგიერთი კოფაქტორი შეიცავს როგორც ნუკლეოტიდს, ასევე ამინომჟავას მახასიათებლებს, შესაძლოა, ამინომჟავები, პეპტიდები და ბოლოს, ცილები თავდაპირველად იყვნენ რიბოზიმების კოფაქტორები.

 ისტორია 
აბიოგენეზის შესწავლის ერთ-ერთი გამოწვევა არის ის, რომ რეპროდუქციისა და მეტაბოლიზმის სისტემა, რომელსაც იყენებს ყველა არსებული სიცოცხლე, მოიცავს სამი განსხვავებული ტიპის ურთიერთდამოკიდებულ მაკრომოლეკულას (დნმ, რნმ და ცილები). ამით ვარაუდობს, რომ სიცოცხლე არ შეიძლებოდა წარმოშობილიყო მისი ამჟამინდელი სახით, რამაც მკვლევრები მიიყვანა ჰიპოთეზის მექანიზმებზე, რომლითაც არსებული სისტემა შეიძლება წარმოშობილიყო უფრო მარტივი წინამორბედი სისტემისგან.  ამერიკელი მოლეკულური ბიოლოგი ალექსანდრ რიჩი იყო პირველი, ვინც დაადგინა თანმიმდევრული ჰიპოთეზა ნუკლეოტიდების, როგორც სიცოცხლის წინამორბედების წარმოშობის შესახებ.  სტატიაში მან თავისი წვლილი შეიტანა ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიოლოგის, ალბერტ სენტ-გიორგის პატივსაცემად გამოქვეყნებულ ტომში, სადაც განმარტა, რომ დედამიწის პირველყოფილ გარემოში შეიძლებოდა მომხდარიყო რნმ-ის მოლეკულების სინთეზი  (პოლინუკლეოტიდური მონომერები), რომლებმაც საბოლოოდ შეიძინეს ფერმენტული და თვითგამრავლების ფუნქციები.

რნმ-ის, როგორც პირველადი მოლეკულის შემდგომი კონცეფცია გვხვდება ფრენსის კრიკისა  და ლესლი ორგელის  ნაშრომებში, ასევე კარლ უოსის 1967 წლის წიგნში გენეტიკური კოდი. Woese C.R. (1967). The genetic code: The molecular basis for genetic expression. p. 186. Harper & Row ჰანს კუნმა 1972 წელს ჩამოაყალიბა შესაძლო პროცესი, რომლითაც თანამედროვე გენეტიკური სისტემა შესაძლოა წარმოშობილიყო ნუკლეოტიდზე დაფუძნებული წინამორბედისგან, და ამან აიძულა ჰაროლდ უაიტი 1976 წელს დააკვირვებოდა, რომ ფერმენტული ფუნქციისთვის აუცილებელი კოფაქტორებიდან სხვადასხვა ნუკლეოტიდის მიღება იყო შესაძლებელი.  ფრაზა "რნმ-ის სამყარო" პირველად გამოიყენა ნობელის პრემიის ლაურეატმა ვალტერ გილბერტმა 1986 წელს, კომენტარის სახით იმის შესახებ, თუ როგორ შეესაბამება ამ ჰიპოთეზას, რნმ-ის სხვადასხვა ფორმის კატალიზური თვისებების ბოლოდროინდელი დაკვირვებები. 
 რნმ-ის მახასიათებლები 
მინი|400პს|მარჯვნივ|The major difference between RNA and DNA is the presence of a hydroxyl group at the 2'-position.
რნმ-ის თვისებები რნმ-ის სამყაროს ჰიპოთეზის იდეას კონცეპტუალურად დამაჯერებელს ხდის, თუმცა მისი მტკიცედ მიღება, როგორც სიცოცხლის წარმოშობის ახსნა მოითხოვს დამატებით მტკიცებულებებს.  ცნობილია, რომ რნმ ქმნის ეფექტურ კატალიზატორებს და დნმ-თან მისი მსგავსება ცხადყოფს ინფორმაციის შენახვის უნარს. თუმცა, მოსაზრებები განსხვავებულია იმის შესახებ, იყო თუ არა რნმ პირველი ავტონომიური თვითგამრავლების სისტემა, თუ იყო ჯერ კიდევ უფრო ადრეული სისტემის წარმოებული. ჰიპოთეზის ერთ-ერთი ვერსია არის ის, რომ ნუკლეინის მჟავის განსხვავებული ტიპი, სახელწოდებით პრე-რნმ, იყო პირველი, რომელიც გაჩნდა როგორც თვითგამრავლებადი მოლეკულა, რომელიც მხოლოდ მოგვიანებით შეიცვალა რნმ-ით. მეორე მხრივ, 2009 წლის აღმოჩენა, რომ გააქტიურებული პირიმიდინის რიბონუკლეოტიდები შეიძლება სინთეზირებული იყოს სავარაუდო პრებიოტიკურ პირობებში, ვარაუდობს, რომ ნაადრევია რნმ-ის პირველი სცენარის უარყოფა. „მარტივი“ პრე-რნმ-ის ნუკლეინის მჟავების შემოთავაზებულ კანდიდატურა მოიცავდა პეპტიდ ნუკლეინის მჟავას (PNA), თრეოზის ნუკლეინის მჟავას (TNA) ან გლიკოლის ნუკლეინის მჟავას (GNA).   მიუხედავად მათი სტრუქტურული სიმარტივისა და რნმ-თან შესადარებელი თვისებებისა, "უმარტივესი" ნუკლეინის მჟავების ქიმიურად სარწმუნო წარმოქმნა პრებიოტიკურ პირობებში ჯერ კიდევ არ არის დემონსტრირებული. 

 რნმ-ის პრებიოტური სინთეზი 
მინი|400პქ|მარჯვნივ|The RNA world hypothesis proposes that spontaneous polymerization of ribonucleotides led to the emergence of ribozymes and including an RNA replicase.
ნუკლეოტიდები ფუნდამენტური მოლეკულებია, რომლებიც რიგად ერწყმის რნმ-ს. ისინი შედგება აზოტოვანი ფუძისგან, რომელიც მიმაგრებულია შაქრის ფოსფატის ხერხემალზე. რნმ შედგება სპეციფიკური ნუკლეოტიდების გრძელი მონაკვეთებისგან, რომლებიც განლაგებულია ისე, რომ მათი ფუძეების თანმიმდევრობა ატარებს მემკვიდრულ ინფორმაციას. "რნმ-ის სამყაროს" ჰიპოთეზა ამტკიცებს, რომ "პირველყოფილ წვნიანში"  არსებობდა თავისუფლად მცურავი ნუკლეოტიდები. ეს ნუკლეოტიდები რეგულარულად ქმნიდნენ კავშირებს ერთმანეთთან, რაც ხშირად იშლებოდა, რადგან ენერგიის ცვლილება საკმაოდ დაბალი იყო. თუმცა, ფუძისეული წყვილების გარკვეულ თანმიმდევრობას აქვს კატალიზური თვისებები, რაც ამცირებს მათი წარმოქმნილი ჯაჭვის ენერგიას, რაც მათ საშუალებას აძლევს დარჩნენ ერთად უფრო დიდი ხნის განმავლობაში. როდესაც თითოეული ჯაჭვი იზრდებოდა, ის უფრო სწრაფად იზიდავდა შესაბამის ნუკლეოტიდებს, რის გამოც ჯაჭვები ახლა უფრო სწრაფად ყალიბდებოდა, ვიდრე იშლებოდა.

ეს ჯაჭვები შემოთავაზებულია ზოგიერთის მიერ, როგორც სიცოცხლის პირველი, პრიმიტიული ფორმები. რნმ-ის სამყაროში, რნმ-ის ძაფების სხვადასხვა კომპლექტს ექნებოდა რეპლიკაციის განსხვავებული რიცხვი, რაც გაზრდიდა ან შეამცირებდა მათ სიხშირეს პოპულაციაში, ანუ ბუნებრივ გადარჩევას. რამდენადაც რნმ-ის მოლეკულების ყველაზე ძლიერი ნაკრები აფართოებდა მათ რაოდენობას, პოპულაციაში შეიძლება დაგროვდეს მუტაციით დამატებული ახალი კატალიზური თვისებები, რაც მათ მდგრადობასა და გაფართოებას უწყობდა ხელს. იდენტიფიცირებულია რიბოზიმების ასეთი ავტოკატალიტიკური ნაკრები, რომელსაც შეუძლია თვითგამრავლება დაახლოებით ერთ საათში. იგი წარმოიქმნა მრავალი ფერმენტის კონკურენციისას მოლეკულური ევოლუციით (in vitro ევოლუცია).  

რნმ-ს შორის კონკურენციამ შესაძლოა ხელი შეუწყო თანამშრომლობის გაჩენას რნმ-ის სხვადასხვა ჯაჭვებს შორის, რაც გზას გაუხსნის პირველი პროტოუჯრედის ფორმირებას. საბოლოოდ, რნმ-ის ჯაჭვები განვითარდა კატალიზური თვისებებით, რაც ეხმარება ამინომჟავებს ერთმანეთთან დაკავშირებაში (პროცესი, რომელსაც ეწოდება პეპტიდური ბმა). შემდეგ ამ ამინომჟავებს შეუძლიათ ხელი შეუწყონ რნმ-ს სინთეზს, რაც რნმ-ის იმ ჯაჭვებს, რომლებიც შეიძლება იყვნენ რიბოზიმები, აძლევს შერჩევით უპირატესობას. ცილის სინთეზში ერთი საფეხურის კატალიზის უნარი, რნმ-ის ამინოაცეტილირება, ნაჩვენებია რნმ-ის მოკლე (ხუთ ნუკლეოტიდულ) სეგმენტში.  

2015 წლის მარტში NASA-ს მეცნიერებმა განაცხადეს, რომ პირველად, სიცოცხლის რთული დნმ და რნმ ორგანული ნაერთები, მათ შორის ურაცილი, ციტოზინი და თიმინი, რომლის წარმოქმნაც მხოლოდ კოსმოსისათვის სახასიათო პირობებში შეიძლებოდა, საწყისი ქიმიკატების გამოყენებით, როგორიცაა პირმიდინი, ლაბორატორიაში დაასინთეზირეს. მეცნიერთა აზრით, პირიმიდინი, ისევე როგორც პოლიციკლური არომატული ნახშირწყალბადები (PAHs), შეიძლება წარმოიქმნას წითელ გიგანტურ ვარსკვლავებში ან ვარსკვლავთშორისი მტვრისა და გაზის ღრუბლებში. 

2018 წელს, საქართველოს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარებმა გამოავლინეს სამი მოლეკულური კანდიდატი, რომლებიც შესაძლოა წარმოადგენდნენ პროტო-რნმ-ის ადრეულ ვერსიას: ბარბიტური მჟავა, მელამინი და 2,4,6-ტრიამინოპირიმიდინი (TAP). ეს სამი მოლეკულა არის ამჟამინდელი რნმ-ის ოთხი ფუძის უმარტივესი ვერსიები, რომლებიც შეიძლებოდა ყოფილიყო უფრო დიდი რაოდენობით და კვლავაც შეიძლება იყოს მათთან თავსებადი, მაგრამ შესაძლოა განადგურდეს ევოლუციის შედეგად უფრო ოპტიმალური ბაზის წყვილების სანაცვლოდ.  კონკრეტულად, TAP-ს შეუძლია შექმნას ნუკლეოტიდები შაქრების დიდი დიაპაზონით.   ორივე TAP და მელამინის ბაზა წყვილდება ბარბიტურის მჟავასთან. სამივე რიბოზასთან ერთად სპონტანურად ქმნის ნუკლეოტიდებს.

 დნმ-ის ევოლუცია 
რნმ-ის სამყაროს ჰიპოთეზის მიერ წამოჭრილი ერთ-ერთი გამოწვევა არის იმ გზის აღმოჩენა, რომლითაც რნმ-ზე დაფუძნებული სისტემა გადადის დნმ-ზე დაფუძნებულ სისტემაზე. ჯეფრი დიმერმა და კენ სტედმანმა, ორეგონის პორტლანდის სახელმწიფო უნივერსიტეტში, შესაძლოა გამოსავალი იპოვეს. კალიფორნიის ლასენის ვულკანური პარკის ცხელ მჟავე ტბაში ვირუსების კვლევისას მათ აღმოაჩინეს მტკიცებულება, რომ უბრალო დნმ-ის შემცველმა ვირუსმა შეიძინა გენი სრულიად შეუსაბამო რნმ-ზე დაფუძნებული ვირუსისგან. კალიფორნიის ირვინის უნივერსიტეტის ვირუსოლოგი ლუის ვილარეალი ასევე ვარაუდობს, რომ ვირუსები, რომლებსაც შეუძლიათ რნმ-ზე დაფუძნებული გენი დნმ-ად გარდაქმნას და შემდეგ უფრო რთულ დნმ-ზე დაფუძნებულ გენომში ჩართონ, შესაძლოა გავრცელებული ყოფილიყო ვირუსის სამყაროში რნმ-იდან დნმ-ზე გადასვლის დროს, 4 მილიარდი წლის წინ.  ეს აღმოჩენა აძლიერებს არგუმენტს ინფორმაციის გადაცემის შესახებ რნმ-ის სამყაროდან განვითარებად დნმ-ის სამყაროში ბოლო უნივერსალური საერთო წინაპრის (LUCA) გაჩენამდე.
 შედეგები 
რნმ-ის სამყაროს ჰიპოთეზა, თუ ჭეშმარიტია, აქვს მნიშვნელოვანი გავლენა სიცოცხლის განსაზღვრასა და სიცოცხლის წარმოშობის შეკითხვაზე. 1953 წელს ფრანკლინის, უოტსონისა და კრიკის მიერ დნმ-ის სტრუქტურის აღმოჩენის შემდეგ, სიცოცხლე დიდწილად განისაზღვრა დნმ-ით და ცილებით: დნმ და ცილები დომინანტურ მაკრომოლეკულებად განიხილებოდა ცოცხალ უჯრედში, რნმ მხოლოდ ცილების სინთეზს უწყობს ხელს.

რნმ-ის სამყაროს ჰიპოთეზა რნმ-ს ათავსებს ცენტრალურ სტადიაზე, როდესაც სიცოცხლე წარმოიშვა. რნმ-ის მსოფლიო ჰიპოთეზას მხარს უჭერს დაკვირვებები, რომ რიბოსომები რიბოზიმებია:  კატალიზური ადგილი შედგება რნმ-ისგან და ცილებს არ აქვთ ძირითადი სტრუქტურული როლი, არამედ აქვთ პერიფერიული ფუნქციური მნიშვნელობა. ეს დადასტურდა 2001 წელს რიბოსომის 3-განზომილებიანი სტრუქტურის გაშიფვრით. კონკრეტულად, პეპტიდური ბმის ფორმირება, რეაქცია, რომელიც აკავშირებს ამინომჟავებს ცილებად, ახლა ცნობილია, რომ კატალიზდება rRNA-ში ადენინის გამოყენებით.

ცნობილია, რომ რნმ-ები მონაწილეობენ სხვა უჯრედულ კატალიზურ პროცესებში, კონკრეტულად რესტრიქციული ფერმენტების მესენჯერული რნმ-ის სპეციფიკურ თანმიმდევრობებისაკენ დამიზნებაში. ევკარიოტებში, პრე-მრნმ-ისა და რნმ-ის რედაქტირების დამუშავება ხდება მცირე ბირთვული რიბონუკლეოპროტეინების (snRNPs) სამიზნე რნმ-სა და რნმ-ის შემადგენელ კომპონენტებს შორის ფუძის დაწყვილებით განსაზღვრულ ადგილებში. ფერმენტის ასეთი დამიზნება ასევე პასუხისმგებელია გენის გაჩუმებაზე რნმ-ის ინტერფერენციით (RNAi), სადაც ფერმენტთან ასოცირებული "წინამძღოლი რნმ" მიზნად ისახავს სპეციფიკურ mRNA-ს შერჩევითი განადგურებას. ანალოგიურად, ევკარიოტებში ტელომერების შენარჩუნება მოიცავს რნმ-ის შაბლონის კოპირებას, რომელიც წარმოადგენს ტელომერაზას რიბონუკლეოპროტეინის ფერმენტის შემადგენელ ნაწილს. კიდევ ერთი უჯრედული ორგანელა, ე.წ "vault" შეიცავს რიბონუკლეოპროტეინის კომპონენტს, თუმცა ამ ორგანელის ფუნქცია ბოლომდე გარკვეული არ არის.

სქოლიო

რესურსები ინტერნეტში








კატეგორია:რიბოზიმები
კატეგორია:რნმ
კატეგორია:დნმ
კატეგორია:სიცოცხლის ევოლუცია