Woeses dogma - Woeses dogma - Wikipedia

Woeseovo dogma je princip evoluční biologie nejprve předložil biofyzik Carl Woese v roce 1977. Uvádí, že vývoj ribozomální RNA byl nezbytným předchůdcem vývoje moderních forem života.[1] To vedlo k pokroku fylogenetického stromu života skládajícího se spíše ze tří domén než dříve přijatých dvou.[2] Zatímco existence Eukarya a Prokarya již byly přijaty, Woese byl zodpovědný za rozlišení mezi Bakterie a Archaea.[3] Navzdory počáteční kritice a polemice kolem jeho tvrzení se Woeseův třídoménový systém, založený na jeho práci týkající se úlohy rRNA ve vývoji moderního života, stal široce přijímaným.[4].

Homologie jako důkaz Woeseova dogmatu

Homologie tRNA

Důkazy o Woeseově dogmatu jsou dobře prokázány srovnáním RNA homologie. Moderní výzkum umožňuje liberálnější využití Sekvenování RNA, což umožňuje lepší srovnávací analýzu mezi vzdálenou RNA. Při analýze více kmenů E-coli, Root-Bernstein et. al. srovnávali tRNA kódování nalezená v rRNA s tRNA nalezená v E-coli zjistit, zda je sekundární struktura stejná jako u „modernějších“ tRNA přítomných v E-coli[5]. Porovnání kódování tRNA nalezená v rRNA a mRNA z kontrolních sekvencí bylo zjištěno, že „třídění“ těchto sekvencí bylo extrémně podobné a srovnání struktury přeloženého proteinu ukázalo, že je pravděpodobná homologie[5]. Kromě toho byly v 16 a 23 s rRNA přítomny sekvence homologní se všemi tRNA nezbytnými pro translaci a byly také nalezeny syntetázy pro načtení těchto tRNA, což naznačuje, že v rRNA existuje mnoho funkcí transkripce a translace přítomných v modernějším životě, pokud jsou zakrnělé[5].

homologie rRNA

Při srovnání homologií struktur rRNA je nutné analyzovat substruktury. Je to proto, že modely, které studují strukturu RNA jako celek, v současné době neexistují[6]. Obvykle, fylogeneze rRNA podjednotek jsou vytvořeny, aby porozuměly každé složce a jejich fungování a vývoji. Prostřednictvím vytvořených fylogenií, které zobrazují strukturní prvky rRNA, které jsou přítomny ve všech třech doménách života, lze nejstarší strukturní komponenty určit prostřednictvím relativní seznamka[7]. Tyto fylogeneze byly použity ve studii Harish et. al., aby se ukázalo, že šroubovicový kmen označený h44 v malé podjednotce rRNA lze popsat jako nejstarší strukturní složku rRNA, která má zvláštní význam, protože tato struktura je odpovědná za propojení procesů v malé podjednotce, která je zodpovědná za dekódování, s velká podjednotka, která je zodpovědná za tvorbu peptidových vazeb a uvolňování elongačních faktorů[7]. To v podstatě ukazuje, že funkční původ ribozomu, který je zodpovědný za syntézu bílkovin, je společný v celém moderním životě v každé ze tří domén.

Důkazy byly také získány při studiu eukaryotických organel, jako je chloroplast. Fylogenetická analýza společnosti Zablen et al. Provedla elektroforézu na chloroplastové ribozomální RNA, konkrétně na 16S rRNA Euglena gracilis[8]. Při provádění tohoto experimentu vědci porovnali elektroforetický otisk této RNA s jinými chloroplasty a prokarya. Při srovnání těchto výsledků bylo zjištěno, že obecně tyto chloroplasty vykazují blízký genomický vztah, zatímco vzdálenější je pozorován u řas a následně prokaryotických organismů[8]. Tento experiment ukazuje, že rRNA vzdáleně příbuzných organismů má podobný původ jako v eukaryotických organelách, což podporuje myšlenku, že vývoj rRNA byl nezbytným předchůdcem moderního života.

Ribozomy jako prvotní samoreplikující se entity

Jedním z důvodů, proč má Woeseovo dogma význam, je potenciál, že RNA byla první primordiální samoreplikující se molekula (viz: Svět RNA ), což znamená, že by to mělo klíčový význam v pokroku moderního života[9]. Zejména bylo navrženo, že ribozomy existují jako chybějící článek v prebiotické evoluci, přičemž rRNA je pozůstatkem starověkého genomu[5]. Existují určité důkazy pro návrh, že rRNA v minulosti fungovala pro kódování proteinů, které jsou klíčem k funkci ribozomu[10]. Jedním pozoruhodným příkladem je skutečnost, že o rRNA proteinech je obecně známo, že se vážou na svou vlastní mRNA[10]. Některé ribozomální proteiny navíc nejen regulují svou vlastní expresi, ale také expresi jiných proteinů[11]. To jsou oba náznaky autoreplikace a naznačují možnost, že mRNA, která kóduje ribozomální proteiny, se vyvinula z rRNA[10].

Kritiky

RNA existující jako prvotní samoreplikující se entita je myšlenka, která čelí kritice. Zejména myšlenka, že rRNA je sama o sobě dostačující k vysvětlení postupu bojů moderního života, protože postrádá určité klíčové důkazy. Zejména nelze prokázat, že RNA je prebiotická, protože neexistuje způsob, jak by mohly být nukleotidy nebo nukleosidy, které ji tvoří, neenzymaticky replikovány[12]. Kromě toho existují další kritiky, například skutečnost, že RNA není dostatečně stabilní na to, aby vznikla prebioticky, a že je příliš složitá na to, aby vznikla prebioticky[13]. To vedlo k vývoji dalších hypotéz, například „proteinů na prvním místě“, které uvádějí, že proteiny vznikly před RNA nebo byly vyvinuty společně s RNA[13]. To také vedlo k návrhu dalších prvotních molekul, které se mohly vyvinout v RNA a DNA, jako jsou peptidové nukleové kyseliny, které také ukazují důkazy o vlastní replikaci[14]. Navzdory skutečnosti, že by mohla existovat kritika o prvotní nebo prebiotické povaze rRNA, tato kritika není zaměřena na Woese's Dogma jako celek, protože Woese's Dogma pouze tvrdí, že vývoj rRNA byl nezbytným předchůdcem moderního života, ne že rRNA vznikla prebioticky.[1]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Bothamley, Jennifer (2002). Slovník teorií. str.557.
  2. ^ Woese, Carl R .; Fox, George E. (1977). "Fylogenetická struktura prokaryotické domény: primární království". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 74 (11): 5088–5090. Bibcode:1977PNAS ... 74,5088W. doi:10.1073 / pnas.74.11.5088. PMC  432104. PMID  270744.
  3. ^ Koonin, Eugene V (2014-01-16). „Vize Carla Woeseho o buněčné evoluci a doménách života“. RNA Biology. 11 (3): 197–204. doi:10,4161 / rna.27673. ISSN  1547-6286. PMC  4008548. PMID  24572480.
  4. ^ Morell, Virginie (05.02.1997). „Microbial Biology: Microbiology's Scarred Revolutionary“. Věda. 276 (5313): 699–702. doi:10.1126 / science.276.5313.699. ISSN  0036-8075. PMID  9157549. S2CID  84866217.
  5. ^ A b C d Root-Bernstein, Meredith; Root-Bernstein, Robert (únor 2015). „Ribozom jako chybějící článek ve vývoji života“. Journal of Theoretical Biology. 367: 130–158. doi:10.1016 / j.jtbi.2014.11.025. ISSN  0022-5193. PMID  25500179.
  6. ^ Caetano-Anolles, G. (01.06.2002). „Sledování vývoje struktury RNA v ribozomech“. Výzkum nukleových kyselin. 30 (11): 2575–2587. doi:10.1093 / nar / 30.11.2575. ISSN  1362-4962. PMC  117177. PMID  12034847.
  7. ^ A b Harish, Ajith; Caetano-Anollés, Gustavo (2012-03-12). „Ribozomální historie odhaluje počátky moderní syntézy proteinů“. PLOS ONE. 7 (3): e32776. Bibcode:2012PLoSO ... 732776H. doi:10.1371 / journal.pone.0032776. ISSN  1932-6203. PMC  3299690. PMID  22427882.
  8. ^ A b Zablen, L. B .; Kissil, M. S .; Woese, C. R .; Buetow, D. E. (červen 1975). "Fylogenetický původ chloroplastů a prokaryotická povaha jeho ribozomální RNA". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 72 (6): 2418–2422. Bibcode:1975PNAS ... 72.2418Z. doi:10.1073 / pnas.72.6.2418. ISSN  0027-8424. PMC  432770. PMID  806081.
  9. ^ Bloch, David P .; McArthur, Barbara; Mirrop, Sam (leden 1985). „homologie sekvence tRNA-rRNA: Důkazy pro starodávný modulární formát sdílený tRNA a rRNA“. Biosystémy. 17 (3): 209–225. doi:10.1016/0303-2647(85)90075-9. ISSN  0303-2647. PMID  3888302.
  10. ^ A b C Root-Bernstein, Robert; Root-Bernstein, Meredith (květen 2016). „Ribozom jako chybějící článek v prebiotické evoluci II: Ribozomy kódují ribozomální proteiny, které se vážou na společné oblasti jejich vlastních mRNA a rRNA“. Journal of Theoretical Biology. 397: 115–127. doi:10.1016 / j.jtbi.2016.02.030. ISSN  0022-5193. PMID  26953650.
  11. ^ Matelska, Dorota; Purta, Elzbieta; Panek, Sylwia; Boniecki, Michal J .; Bujnicki, Janusz M .; Dunin-Horkawicz, Stanislaw (01.10.2013). „Ribosomální proteinový komplex S6: S18 interaguje se strukturním motivem přítomným ve vlastní mRNA“. RNA. 19 (10): 1341–1348. doi:10.1261 / rna.038794.113. ISSN  1355-8382. PMC  3854524. PMID  23980204.
  12. ^ Nelson, Kevin E .; Levy, Matthew; Miller, Stanley L. (11.04.2000). „První genetickou molekulou mohla být spíše peptidová nukleová kyselina než RNA“. Sborník Národní akademie věd. 97 (8): 3868–3871. Bibcode:2000PNAS ... 97,3868N. doi:10.1073 / pnas.97.8.3868. ISSN  0027-8424. PMC  18108. PMID  10760258.
  13. ^ A b Bernhardt, Harold S (2012). „Světová hypotéza RNA: nejhorší teorie raného vývoje života (kromě všech ostatních) a“. Biology Direct. 7 (1): 23. doi:10.1186/1745-6150-7-23. ISSN  1745-6150. PMC  3495036. PMID  22793875.
  14. ^ Singhal, Abhishek; Bagnacani, Valentina; Corradini, Roberto; Nielsen, Peter E. (2014-09-18). "Směrem k peptidové nukleové kyselině (PNA) směrovaný peptidový překlad pomocí přenosu aminoacylů na základě esteru". ACS Chemická biologie. 9 (11): 2612–2620. doi:10.1021 / cb5005349. ISSN  1554-8929. PMID  25192412.