РНК – головна молекула життя
"Загальноприйнятого визначення життя не існує (у біології взагалі з визначеннями важко - зазвичай чим суворіше визначення, тим гірше воно працює). Одні вчені вважають, що життя - швидше процес, ніж структура, і визначають її, наприклад, як "процес збереження нерівноважного стану органічної системи вилученням енергії із середовища". Такому визначенню можуть відповідати і системи, що не мають чітких просторових кордонів, — автокаталітичні цикли, "живі розчини". Інші підкреслюють обов'язкову дискретність живих об'єктів і вважають, що поняття "життя" невіддільне від поняття "організм". Треті підкреслюють інформаційну природу життя і визначають її як здатність деякого фрагмента інформації ("реплікатора") до самокопіювання з використанням ресурсів зовнішнього середовища. і т. п. (Річард Докінз. Віруси мозку, http://elementy.ru/lib/164594) Але це, мабуть, надто широкий погляд на життя.
Нам відоме лише одне життя — земне, і ми не знаємо, які з його властивостей є обов'язковими для будь-якого життя взагалі. Ризикнемо, однак, дві такі властивості таки назвати. Це, по-перше, наявність спадкової інформації, по-друге — активне здійснення функцій, спрямованих на самопідтримання та розмноження, а також на отримання енергії, необхідної для виконання цієї роботи.
Все живе Землі справляється з переліченими завданнями з допомогою трьох класів складних органічних сполук: ДНК, РНК і білків. ДНК взяла він перше завдання — зберігання спадкової інформації. Білки відповідають за другу: вони виконують усі види активних "робіт". Поділ праці в них дуже суворий.Білки не зберігають спадкову інформацію, ДНК не здійснює активної роботи (у біології майже не буває правил без винятків, в даному випадку винятки теж є, але дуже рідкісні погоди, що не роблять).
Молекули третього класу речовин — РНК — є посередниками між ДНК і білками, забезпечуючи зчитування спадкової інформації. За допомогою РНК здійснюється синтез білків відповідно до записаних у молекулі ДНК "інструкцій". Деякі з функцій, що виконуються РНК, дуже схожі на функції білків (активна робота з прочитання генетичного коду та синтезу білка), інші нагадують функції ДНК (зберігання та передача інформації). І все це РНК робить не поодинці, а за активного сприяння з боку білків. На погляд РНК здається " третьої зайвої " . У принципі неважко уявити собі організм, у якому РНК зовсім немає, проте її функції поділили між собою ДНК і білки. Щоправда, таких організмів у природі немає.
РНК-полімер, що складається з безлічі схожих "цеглинок" - рибонуклеотидів, кожен з яких, у свою чергу, зібраний з трьох частин. Перша з них - фосфорна кислота (фосфат), неорганічна речовина, якої досить багато в земній корі та океанах. Друга - азотна підстава. До складу РНК входять чотири азотисті основи: А (аденін), У (урацил), Г (гуанін) та Ц (цитозин); відповідно, існує чотири види рибонуклеотидів. Азотисті основи могли синтезуватися з неорганічних молекул (таких як СО, HCN і NHp ще в протопланетній хмарі. Їх знаходять і в метеоритах. Третя - цукор рибоза - утворюється в ході автокаталітичної реакції Бутлерова.
Чотири складові блоку молекули РНК - нуклеотиди аденозин (аденін + рибоза), гуанозин (гуанін + рибоза), урідін (урацил + рибоза) і цитидин (цитозин +рибоза), до кожного з яких приєднано по одному залишку фосфорної кислоти. АТФ (головна енергетична молекула живої клітини) є аденозином з трьома фосфатами.
Яка із трьох молекул з'явилася першою? Одні вчені казали: звичайно, білки, адже вони виконують усю роботу в живій клітці, без них життя неможливе. Їм заперечували: білки не можуть зберігати спадкову інформацію, а без цього життя й поготів неможливе! Значить, першою була ДНК!
Ситуація здавалася нерозв'язною: ДНК ні на що не придатна без білків, білки без ДНК. Виходило, що вони мали з'явитися разом, одночасно, а це важко собі уявити. Про "зайву" РНК у цих суперечках майже забули. Адже вона, як тоді думали, не може без сторонньої допомоги ані зберігати інформацію, ані виконувати роботу.
Потім, щоправда, з'ясувалося, що з багатьох вірусів спадкова інформація зберігається як молекул РНК, а чи не ДНК. Але це вважали курйозом, винятком. Переворот відбувся у 80-х роках XX століття, коли були відкриті рибозими — молекули РНК із каталітичними властивостями. Рибозими - це РНК, що виконують активну роботу, тобто те, що мають робити білки. Серед рибозимів знайшли і каталізатори реплікації (копіювання, розмноження) молекул РНК — своїх власних чи чужих.
У результаті РНК із "майже зайвої" стала "майже головною". Виявилося, що вона, і тільки вона, може виконувати одразу обидві головні життєві завдання — і збереження інформації, і активну роботу. Стало ясно, що можливий повноцінний живий організм, який не має ні білків, ні ДНК, у якому всі функції виконуються лише молекулами РНК. Звичайно, ДНК краще справляється із завданням зберігання інформації, а білки – з "роботою", але це вже деталі. РНК-організми могли придбати білки та ДНК пізніше, аспочатку обходитися без них.
Так виникла теорія РНК-світу."
Уривок з книги Професора української академії наук Олександра Володимировича Маркова "Народження складності. Еволюційна біологія сьогодні. Несподівані відкриття та нові питання