RNA er et molekyl som både inneholder genetisk informasjon og kan virke som biokatalysator (enzym), altså både «høne og egg». Ribozymer kan skjøte sammen introner og fjerne og flytte dem og lage aktivt budbringer-RNA (mRNA) bestående bare av eksoner. Selvinnsettende introner kan ta med seg eksoner og virke som transposoner som bidrar til genetisk variasjon under evolusjonen. Den store variasjonen og fleksibiliteten i RNA gjorde at Leslie Orge (1927-2007), Watson Crick (1916-2004) og Carl Woese mente at kanskje startet livet på Jorden med RNA. Begrepet RNA-verden ble i 1986, introdusert av molekylærbiologen Walter Gilbert. En selvorganisering og ordnet struktur i oppbygging av RNA fra molekyler i en prebiotisk molekylsuppe krever tilførsel av energi, og energikilden er Sola. De første eksperimentene med en kunstig atmosfære (Urey-Millers eksperimenter) bestående av metan (CH4), karbondioksid (CO2), ammoniakk (NH3), blåsyre (HCN) ,hydrogen (H2) og vanndamp (H2O) utsatt for elektriske utladninger (lyn) viste at uorganiske molekyler kunne danne mer komplekse molekyler som de enkle aminosyrene glycin og alanin, samt organiske syrer. Murchinsonmeteoritten viste dessuten at organiske molekyler finnes i Universet (panspermia-hypotesen). En kunstig blanding som inneholder ammoniumcyanid gi puriner og pyrimidiner, og man antar at adenin var det første purinet som ble dannet på Jorden. Elektrontransport er viktig for alt liv, og jern må ha spilt en viktig funksjon i utviklingen av den organiske molekylverden. Karbon, nitrogen, svovel, og hydrogen og oksygen via vann er fundamentale uorganiske molekyler som danner forutsetning for liv. RNA inngår i ribosomer, og retrovirus, retrotransposoner, og RNA-virus (RNA-virioner) har informasjonskode i form av RNA. RNA-verdenhypotese kan ha tilknytning til amyloidverden-hypotese.
Sticklandfermentering i en RNA-verden
Sticklandfermentering eller Sticklandreaksjon er enn koblet reduksjon og oksidasjon av aminosyrer hvor produktet er organiske syrer. Aminosyren som blir oksidert er elektrondonor og blir omdannet til en flyktig organisk syre som er ett karbonatom kortere enn antall karbonatomer i aminosyren. En oksidativ deaminering. For eksempel aminosyren alanin som har tre karbonatomer blir omdannet til acetat (eddiksyre) som består av to karbonatomer. Aminosyren som blir redusert er elektronakseptor og blir omdannet en karboksylsyre med samme antall karbonatomer som aminosyren. Dette er en reduktiv deaminering. For eksempel aminosyren glycin blir redusert il acetat. Resultatet fra Sticklandreaksjonen er to ketosyrer som kan bli brukt til å lage ATP i substratnivåfosforylering i en glykolyse.
Man antar at den genetiske koden eksisterte før det fantes proteiner, en periode hvor metabolismen skjedde via ribozymer i en RNA-verden. Den genetiske koden or aminosyren glycin star med GG og er GGU, GGC, GGA og GGG. For alanin: GCC, GCA, GCG, GCC og GCT De tidligste protobakteriene kunne benytte enkle anaerobe prosesser og en type aminosyrefermentering. Aminosyrer kunne bli brukt som karbonkilde på lignende måte som det er bakterier i slekten Clostridium som kan utføre Sticklandfermentering. Aminosyrer som alanin og glycin som kan omsettes i Sticklandfermentering og er enkle aminosyrer som kan bli laget i abiotiske reaksjoner og fantes i en prebiotisk verden vist ved Miller-Ureeksperimentet, utført i 1952 av Stanley Miller og Harold Urey. Mengden aminosyrer laget i Miller-Ure eksperimentet er fra mest til minst: alanin (mest), glycin, asparaginsyre (aspartat), valin, leucin, glutaminsyre (glutamat), serin, isoleucin, prolin og threonin (minst). Miller-Ure anvendte en reduserende atmosfære, Millers prebiotiske suppe, bestående av ammoniakk (NH3), metan (CH4) , karbondioksid (CO2) og vann (H2O). Både ammoniakk og metan kan fungere som elektrondonor og CO2 kan virke som en god elektronakseptor (på samme måte som oksygen (O2) slik at her kunne det foregå redoksreaksjoner. I eonet Haden (4.5-4 millirder år siden) antar man at det vare lite ammoniakk og metan, men i stedet nitrogen (N2), Jern og svovel har vært viktig i utviklingen av liv og på overflaten av pyritter (svovelkis, FeS) kunne det skje reaksjoner som ga elektroner (e-) og protoner (H+)
Fe2+ + ‘2H2S → FeS2 + 2e- + 4H+
Antikodoner som har komplementære sekvenser tilsvarer ofte aminosyrer som danner Sticklandpar
Elektrondonor (reduktant) – Elektronakseptor (oksidant)
Alanin – Glycin
Valin – Asparaginsyre
Serin- Prolin
Litteratur:
Gilbert, Walter: Origin of life: The RNA world. Nature 319 (1986) 618, doi: 10.1038/319618a0
Orgel LE: Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world. Crit Rev Biochem Mol Biol. 39 (2004):99–123.
Wikipedia