Świat RNA

Porównanie kwasu rybonukleinowego (RNA) i kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA).

Świat RNA – hipotetyczna faza rozwoju życia, w której RNA było zarówno nośnikiem genów, jak i pełniło rolę enzymów. Niewykluczone, że świat RNA był poprzedzony światem WWA.

Problem

We współczesnych komórkach nośnikiem informacji genetycznej jest DNA, a rolę enzymów pełnią białka. Jednak białka nie potrafią się same powielać, a duplikacja DNA nie zachodzi nigdy samoistnie, a wymaga wielu enzymów: DNA potrzebuje białka, a białka potrzebują DNA. W związku z tym problemem trudno było zbudować jakikolwiek wiarygodny model pochodzenia życia.

RNA zamiast DNA

Jednak to nie DNA jest matrycą, na bazie której powstają białka. DNA jest najpierw kopiowane na RNA, a następnie RNA służy jako matryca syntezy białek. Ponieważ RNA można podobnie jak DNA kopiować, łatwo wyobrazić sobie organizm, w którym materiał genetyczny jest przechowywany pod postacią RNA, a DNA w ogóle nie występuje. Twory egzystujące w ten sposób istnieją – są nimi retrowirusy, takie jak wirus HIV.

Z używaniem RNA jako nośnika genów wiąże się poważny problem – chociaż kopiowanie RNA jest możliwe, w procesie tym pojawia się o wiele więcej błędów, niż w kopiowaniu DNA. To stanowi jednak doskonały argument za wtórnością DNA – życie pierwotnie miało posiadać geny w postaci RNA, a później dopiero "wynalazło" DNA jako skuteczniejszy środek przechowywania informacji genetycznej.

RNA zamiast białka

We współczesnej komórce występuje zarówno kodujące RNA (takie, które posłuży jako matryca syntezy białek) oraz różne typy niekodującego RNA. Jednym z typów RNA jest tRNA, uczestniczące jako antymatryca w syntezie białek – pasująca cząsteczka tRNA powiązana z odpowiednim aminokwasem przyłącza się w rybosomie do aktualnie przetwarzanego fragmentu matrycy (mRNA), po czym aminokwas ten jest dołączany do syntezowanego białka, a tRNA zostaje uwolnione.

Jednak komórka posiada wiele innych typów niekodującego RNA – RNA podobnie jak białka, a w przeciwieństwie do DNA, potrafi katalizować reakcje chemiczne. Niektóre cząsteczki RNA służą w komórce za enzymy; we współczesnej komórce zwykle nie są one zbudowane wyłącznie z RNA, lecz stanowią kompleksy RNA i białka, ale centrum aktywne znajduje się w cząsteczce RNA i w niektórych przypadkach wykazuje ona słabsze działanie katalityczne również bez białka. Do enzymów RNA, czyli tzw. rybozymów, należy wiele z najważniejszych i ewolucyjnie najstarszych enzymów komórki, odpowiedzialnych za takie funkcje jak synteza białek (rybosomowe RNA) oraz różne funkcje związane z kopiowaniem i naprawą DNA. Rybozymy uczestniczą też w kontroli ekspresji genów i pełnią kilka innych funkcji (zobacz też: ryboprzełącznik).

Chociaż we współczesnej komórce dominują enzymy białkowe, można sobie wyobrazić, że na początku życia RNA pełniło również rolę katalityczną, a białka powstały dopiero później. Do najważniejszych argumentów za tą kolejnością należy ten, że enzymy uczestniczące w syntezie białek są zbudowane z RNA.

Hipoteza istnienia jednego rodzaju cząsteczki zdolnej zarówno do katalizy jak i samopowielania się jest bardzo atrakcyjna. Można pójść też dalej i spekulować, że cząsteczki RNA mogły stanowić pierwotne przedkomórkowe życie.

W 2001 zsyntetyzowano pierwsze cząsteczki RNA o aktywności polimerazy, dzięki czemu hipoteza świata RNA zyskała silny argument. Jedna z nich, o długości 165 nukleotydów powielała matrycę o długości 14 nukleotydów z dokładnością 98,5%.

Sceptycyzm

O ile, co do wtórności DNA panuje konsens, z koncepcją świata RNA wiąże się wiele problemów.

RNA, choć może być katalizatorem, jest katalizatorem raczej słabym (w porównaniu do białek). Wierność przekazywania informacji genetycznej w porównaniu do DNA jest mniejsza. Cząsteczki RNA są dość niestabilne i stosunkowo łatwo ulegają hydrolizie.