2018年10月31日 星期三

RNA世界假說(RNA World Hypothesis) 10-31-2018



RNA世界假說(RNA World Hypothesis)



核糖核酸(RNA);去氧核醣核酸(DNA)均是屬於核酸(nucleic acids)的巨分子,是由一個一個核苷酸(nucleotides)以磷酸雙脂鍵聚合而成。
此點請網友複習起來,否則看此篇BLOG可能會有一些頭昏!



一、RNA世界假說的源起

1.  1960年代已經有科學家提出,核糖核酸(Ribonucleic Acid, RNA)是演化上最早出現,具有生命特徵巨分子的想法。

2.  這意念是由發現DNA雙股螺旋的克立克(Francis Crick)Leslie Orgel 以及Carl Woese,三位非常優秀的科學家,根據搬運RNA(transfer RNA, tRNA)結構的啟發所衍生。

3.  Carl Woese在所著《遺傳密碼》(The Genetic Code)一書中也有提及。但是當時沒有任何人,相信RNA能扮演酵素,司化學反應的催化作用,所以這先進的看法,在當時沒有得到任何的重視!


01. RNA世界假說,是由1980年諾貝爾化學獎得主Walter Gilbert1986年提出。因為那時已經具備RNA擁有生命巨分子的兩種基本功能的概念:

a. 遺傳訊息儲存功能(DNA的功能)

b. 催化反應(蛋白質酵素的功能)




What Is the RNA World Hypothesis?  (甚麼是RNA世界假說?)




4.  核糖核酸(RNA)的次單位核苷酸,是從無生命物質中形成,經過無數次的組裝嘗試錯誤後,具有生物活性的RNA終於誕生執行各種現今是由RNADNA和蛋白質共同負責的功能。

5.  RNA世界中,成員僅有RNA分子,因此,RNA必須具備:

a.  自我催化(Self-catalysis)

b.  自我組裝(Self-assembly)

c.  自我複製(Self-replication)

的能力,才能在早期孕育生命的濃湯中完成催化組裝複製自我的反應。



The RNA Origin of Life   (生命是從RNA源起)
309秒的短片,用清晰幽默的卡通述說生命如何由RNA源起最適當。


6.  Czech在第一類能自我剪接的插入子(Intron group I)Atman在核糖核酸酶(RNase),分別發現RNA具有催化功能,而提出

  核酶(Ribozymes)的概念,也因此獲得1989年諾貝爾化學獎


7.  因為Czech Atman的傑出貢獻,啟迪了另一位諾貝爾化學獎得主沃特·吉爾博特(Walter Gilbert),於是19862Nature期刊上的論文中,提出「生命的起源: RNA 世界」這樣的觀念

02. CzechAltman因為發現核酶(Ribozymes),而得到1989年諾貝爾化學獎。




Origin of life: The RNA world
Nature volume 319, page 618 (20 February 1986)

1986220Walter Gilbert獨自一人發表在〈Nature〉期刊上之論文標題。


03. 真核細胞DNA上之基因轉錄(transcription)後產生異質核RNA(hnRNA)hnRNA中的插入子移除(Intron removal),有兩種方式:

a.   以小細胞核核糖核蛋白(snRNPs, U1U2U4U5 & U6)組成之剪接體(Spliceosomes)移除。

b.   以核酶(Ribozymes)催化之自我剪接移除 。




二、RNA世界假說的證據

1.  在一些酶(enzyme)及輔酶(coenzyme)中,發現保存著RNA的核苷酸。分子生物學家認為,這些酶或輔酶中的RNA核苷酸是「分子化石」,是在DNA、蛋白質尚未出現之前,RNA世界留下的遺跡。

2.  試舉兩例:

a.  乙醯輔酶A(Acetyl CoA)


   04.  乙醯輔酶A(Acetyl CoA)是由磷酸化的腺嘌玲核苷雙磷酸

(Phosphorylate ADP)、泛酸(pantothenic acid)乙醯基

(Acetyl group)組成。

          乙醯輔酶A的結構中,具有幫助酶催化的部分,是在圖左的硫酯

          (thioester),可是在圖右,沒有明顯的理由保留著,RNA的核苷

          酸。

         專家認為那是RNA世界的遺跡。




b.  維生素B12(=鈷維生素)


05. 維生素B12(=鈷維生素)(Cyanocobalamin),具有幫助催化作用的是最上方的CORRIN RING部分,結構中一樣沒有明顯理由的,保留具有腺嘌玲核苷單磷酸的部分(最下方)

一樣認為是RNA世界的遺跡。


3.  形成DNA的核苷酸是由RNA的核苷酸還原而來,為何合成DNA不直接取用DNA的次單位—去氧核醣核苷酸?很可能因為演化上是先有RNA然後才形成DNA,所以才會如此。


06. 核糖核苷酸還原酶(RNR)有三種(Class I II III)

RNR在演化上很重要,使RNA的世界轉變為DNA的世界。

RNR催化C2’-OH還原為C2’-H的反應。


4.  有些病毒的遺傳物質只有RNA,所謂的RNA病毒。這也是支持RNA是地球上最早形成生命分子的證明。

5.  最重要的證據是來自核醣體(Ribosome)的結構:

真核細胞核醣體的小次單位30S,是由16SRNA(1,542核苷酸聚合形成)以及21種蛋白質共同組成。

真核細胞核醣體的大次單位50S,是由23SRNA(2,904核苷酸聚合形成)5SRNA(120核苷酸聚合形成)以及31種蛋白質所組成。

雖然核醣體是由rRNA以及蛋白質共同組成,但是真正催化新的蛋白質合成的核醣體部分(working part),全部是由rRNA組成。這說明在演化初期只有RNA存在的時候,光是RNA不須要蛋白質,就能夠催化新的蛋白質產生。


07. 英國頂尖的科學綜合期刊〈自然〉20131223日封面文章,刊登哺乳動物粒線體39S次單位的立體構造。

淺藍色部分是由核醣體RNA(rRNA)組成,土黃色部分是由蛋白質組成。

具有催化功能的部分(Working part)=淺藍色部分,幾乎全是rRNA

(Cover page of Nature (left) and 4.9 Å cryo-EM map of the mammalian 39S mitoribosomal subunit)



沒有留言:

張貼留言