Репликатор (биогенетика)

Репликатор (от лат. replicatio — «возобновление») — теоретическая система, которая способна к репликации то есть к размножению, раздвоению с определёнными наследственными изменениями. По теории зарождения жизни должен быть первый организм, являющийся предком для всего живого. Репликатор является неклеточной формой жизни, то есть не состоит из клеток. Теория биохимической эволюции говорит о зарождении жизни путём сложных биохимических реакций и превращений, таким образом, теоретически в первичном бульоне могли произойти химические реакции, благодаря которым появилась крупная молекула способная к репликации.

Пример биополимера (белок). Не является репликатором, но возможно в первичном бульоне было множество белков. Сегодня существует множество прионов, которые способны размножаться, однако, размножаются они, используя ресурсы клеток.

Репликатор мог появиться в мелких водоёмах, в которых содержалось большое количество органических и неорганических соединений, возможно, репликатор образовался при реакции этих веществ. Советский биолог Александр Иванович Опарин, который ввёл термин «первичный бульон» предположил, что в этих водоёмах могли находится мономеры различных биополимеров. Поэтому, скорее всего репликатор представлял из себя белок, нуклеинувую кислоту или другой биополимер.

Учёные выдвинули множество вариантов о строении и работе репликатора:

• Одинокий рибозим
• Рибозимы-лигазы
• Репликация РНК без энзимов

Одинокий рибозимПравить

 

Рибонуклеиновая кислота (матричная) Такая РНК синтезирует белки в рибосомах наших клеток, однако, в одиноких рибозимах похожие нуклеиновые кислоты могли реплицироваться

Предположительно репликатор мог представлять из себя рибозим, то есть РНК, которая катализировала репликацию таких же цепочек РНК.

Рибозим мог выходить в роле матричной цепи, которая строила цепь комплементарную себе и катализировала синтез новой РНК. На данный момент в лабораториях уже научились строить такие цепи. Их длина достигает 200 нуклеотидов, что достаточно много для рибозима.

Такой репликатор будет обладать мутационной изменчивостью. Точечные мутации будут изменять последовательность нуклеотидов, его последующие репликации будут сохранять эту последовательность нуклеотидов, они в свою очередь будут мутировать, изменяя последовательность. Таким образом, получается репликатор, который действительно реплицируется и при этом происходят наследственные изменения.

Рибозимы-лигазыПравить

Репликатор-рибозим мог не синтезировать новые цепи РНК, а лигировать их (соединять крупную молекулу РНК из более мелких частей).

Один рибозим катализирует лигирование, то есть рибозим-лигаза является матрицей для сборки нескольких олигонуклеотидов, эти олигонуклеотиды соединяются с рибозимом по принципу комплементарности. Такая репликация схожа с простым синтезом нуклеотидов, однако, на матричной цепи рибозимы происходит лигирование.

Учёные выяснили, что для молекулы рибонуклеиновой кислоты гораздо легче «сшиться» из более мелких частей РНК, чем синтезироваться по 1 нуклеотиду. Поэтому этот вариант репликатора более вероятен, что живое произошло от рибозимы-лигазы.

Неферментативная репликация РНКПравить

Неферментативная реплкация РНК отличается от рибозимы только тем, что в присутствии ионов магния на цепи РНК могут полимеризироваться комплементарные нуклеотиды без энзимов.

Версия появленияПравить

Зарождение жизни варьируется от 3 до 4 млрд лет (архей). Именно в этот момент появился репликатор. Нуклеотиды, из которых состоят цепочки РНК представлены азотистыми основаниями, рибозой и фосфорной кислотой, поэтому в первичном бульоне было много аммиака, метана, фосфора, других органических веществ, водорода и воды. В архее было очень сильная геологическая активность, поэтому репликатор появился в тёплых водоёмах с множеством различных веществ, активных элементов и возможно мономеров.

На сегодняшний день существует множество экстремофилов, которые являются очень простыми (прокариотическими) клетками. Такие клетки являются очень похожими на первую клетку, которая эволюционировала и неклеточного организма. Первая клетка имела очень простое строение, она называется ЛУКА (английское сокращение). Репликаторы долго эволюционировали, чтобы стать такими простыми клетками.

См. такжеПравить

• Биополимеры