RNA در دوران اولیه زمین

ترجمه: امیر رحمانی

بر مبنای فرضیه جهان آر.ان.ای، ابتدایی ترین اشکال حیات بر روی زمین از آر.‌ان‌.ای همانند یک مولکول کلیدی برای ذخیره سازی اطلاعات ژنتیکی و تسریع واکنشهای شیمیایی استفاده کرده‌اند. با این وجود این پرسش مطرح می‌شود که آر.ان.ای در شرایط پیشازیستی زمین اولیه چگونه شکل گرفت. در حقیقت یکی از موانع عمده بر سر راه فرضیه جهان آر.ان.ای این است که نوکلئوتیدهای آر.ان.ای تا کنون بطور کامل ساخته نشده‌اند. قندی که در پس‌زمینه دی.ان.ای و آر.ان.ای یافت می‌شود و ریبوز خوانده می‌شود بطور ویژه‌ای مشکل ساز بوده است. اکثر واکنشهای شیمیایی که محتمل است در دوران پیشازیستی رخ داده باشند غالبا مقدار ناچیزی ریبوز تولید می‌کنند که آن نیز با گستره متنوعی از اقسام دیگر قندها مخلوط بوده است.

این مشکلات برخی دانشمندان را بر آن داشته تا این فرضیه را مطرح کنند که شاید قبل از آر.ان.ای، مولکولهای دیگری که شبیه آر.ان.ای هستند وجود داشتند که پایداری بیشتری داشته و شرایط پیشازیستی برای ساخت آنها مهیا بوده است. بدنبال آنالیز برخی شهابسنگها ،نظیر شهابسنگ مورچیزون، دانشمندان دیگری این تردید را مطرح کرده‌اند که شاید بعضی اجزای آر.ان.ای از همان ابتدا در زمین شکل نگرفته‌اند بلکه در فضا شکل گرفته و سپس وارد زمین شده‌اند.

با این حال پژوهشهای اخیر نشان داده است که نوکلئوتیدهای آر.ان.ای بدون نیاز به ریبوز خالص نیز قابل تولید می‌باشند و از آن مهمتر اینکه مواد لازم برای شروع واکنشها در دوران پیشازیستی مهیا بوده است. این نتایج موجب تقویت دیدگاهی شده‌اند که ادعا می‌کند نوکلئوتیدهای ‌آر.ان.ای به فراوانی در دوران اولیه زمین موجود بوده‌اند.

پلیمرسازی آر.ان.ای در دوران پیشازیستی

بر فرض که حوضچه‌هایی مالامال از نوکلئوتیدهای آر.ان.ای وجود داشته است، اما چگونه رشته‌های طویل آر.ان.ای در زمین اولیه شکل گرفتند؟ عملکرد ریبوزومی احتمالا به رشته‌های آر.ان.ای نیاز دارد که از حداقل ۳۰ تا ۴۰ نوکلئوتید تشکیل شده باشند. بر مبنای تحقیقات انجام شده توسط گروه جیمز فریس در انستیتیو پلی‌تکنیک رنسلار، تشکیل رشته‌های طویل از آر.ان.ای ممکن است که توسط کانیهایی نظیر مونتموریونیت تسریع شده باشد. صفحاتی از این کانی که بار الکتریکی داشته باشد نوکلئوتیدها را بخود جذب کرده و توده مجتمعی از نوکلئوتیدها را تشکیل میدهد. افزایش غلظت موضعی نوکلئوتیدها موجب پیوند آنها با یکدیگر میشود و در نتیجه پلیمر آر.ان.ای بوجود می‌آید. (در انیمیشن سمت چپ نمایش داده شده است)

احتمال دیگر این است که رشته‌های آر.ان.ای ممکن است در محلول آب‌یخ شور شکل گرفته باشند. آزمایشگاه دیوید دیمر در دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز کشف کرده که در طی فرایند یخ زدن محلولی از نوکلئوتیدهای آر.ان.ای که بطور شیمیایی فعال باشند، همزمان که کریستالهای یخ شکل می‌گیرند، غلظت نوکلئوتیدها افزایش میابد و در نهایت موجب شکل گیری رشته‌های آر.ان.ای می‌گردد.

همانند‌سازی آر.ان.ای در دوران پیشازیستی

حتی در غیاب کاتالیست‌های آنزیمی نیز آر.ان.ای های تک رشته‌ای احتمالا قادر بوده‌اند که آر.ان.ای را توسط پلیمرسازی الگو-هدایت‌شده کپی کنند. این فرایند در انیمیشن زیر نشان داده شده‌است و بر مبنای آزمایشهای تجربی است که توسط جک زوستاک بر روی نوکلئوتیدهایی انجام گرفته است که بصورت شیمیایی فعال شده بودند.

به هر صورت این فرایند همانندسازی غیرآنزیمی به احتمال زیاد فرایندی آهسته و خطادار بوده است و در نهایت این مکانیزم همانندسازی با مکانیزمی که بیشتر قابل اطمینان است جایگزین شده نظیر ریبوزومهای کاتالیست کننده. دانشمندان گمانه‌زنی می‌کنند که در همان اولین برهه‌های تاریخ حیات، ریبوزومهایی که قادر بودند آر.ان.ای ها را کپی کنند و همتاساز (رپلیکاز) خوانده می‌شوند فرگشت یافته‌اند.

انیمیشن دوم در این صفحه نشان می‌دهد که بصورت تئوری چگونه یک همتاساز (رپلیکاز)، یک رشته الگوی آر.ان.ای را کپی می‌کند. ساختار همتاسازی که در این انیمیشن نشان داده شده بر مبنای ریبوزومهای موجود است که قادرند مراحل ابتدایی واکنش همانندسازی را به انجام برسانند. تا کنون یک همتاساز (رپلیکاز) واقعی که قادر به کپی سازی یک آر.ان.ای از خودش باشد در آزمایشگاه شناسایی نشده است. اگرچه اخیراً گروه هالینجر یک ریبوزوم پلیمریز را بحالت پایدار در محلول آب-یخ کشف کردند که قادر است رشته‌های آر.ان.ای با بیش از دویست جفت پایه را کپی کند که حتی از خود ریبوزوم نیز درازتر میباشد. این کشف نشان می‌دهد که آر.ان.ای خود-همتاساز (رپلیکاز) واقعا ممکن می‌باشد.

تحت شرایط مناسب دما و میزان نمک، آر.ان.ای دو رشته‌ای می‌تواند از هم باز شود. از آنجا که دو رشته بدست آمده کامل کننده یکدیگر می‌باشند (و نه نسخه‌ای یکسان)، تنها یکی از آن دو رشته می‌تواند در قالب یک همتاساز (رپلیکاز) فعال تا بخورد. رشته دیگر می‌تواند همانند یک الگو در دور جدیدی از همانندسازی عمل کند تا همتاسازهای بیشتری تولید کند.

بعدی : نقش غشاء در پروتوسل RNA
برای آموختن بیشتر در مورد آر.ان.ای این لینک را ببینید

استفاده از مطالب سايت دانش آگاهی فقط برای مقاصد غیر تجاری و با ذکر منبع بلامانع است. کليه حقوق اين سايت به گروه دانش آگاهی تعلق دارد.