Warum wurde RNA nicht vollständig durch DNA ersetzt, als sich die RNA-Welt zu einer DNA- und Proteinwelt entwickelte?

Eine verwandte Frage lautet: Warum entwickeln sich manche schlechten Eigenschaften und gute nicht? Grundsätzlich ist ein starker Selektionsdruck notwendig, um ein Merkmal herauszufiltern.

Allerdings gibt es kein starkes Argument dafür, dass die Transkription nachteilig ist.

RNA hat einzigartige Eigenschaften, die sie für bestimmte Funktionen geeignet machen. RNA kann verschiedene Sekundär-/Tertiärstrukturen annehmen, die eine äquivalente ssDNA nicht kann. Einer der Gründe ist, dass GU-Wobble-Paare in RNAs stabil sind, aber nicht in DNA, wodurch erstere strukturelle Flexibilität erhalten. Siehe https://chemistry.stackexchange.com/a/35224/5295

Auch RNA hat aufgrund unterschiedlicher RNAsen einen hohen Turnover . Wenn es DNA anstelle von RNA zum Übertragen temporärer Nachrichten gäbe und es äquivalente DNAsen gäbe, um den Umsatz der "mDNAs" zu erhöhen, dann würde die genomische DNA auch anfällig für den Abbau durch diese DNAsen, was eine genomische Instabilität verursachen würde. Sie können argumentieren, dass die Proteinsynthese direkt auf DNA als Vorlage anstelle von mRNA beginnen könnte. Ich vermute, dass es die DNA überfüllen und mit der Replikation kollidieren würde. Sogar die Transkriptionsmaschinerie kollidiert mit der Replikationsmaschinerie; Dies wird als Transkriptionsreplikationskonflikt bezeichnetwas zu genomischer Instabilität führt. Eine hypothetische Situation, in der mehrere Ribosomen auf einer DNA vorhanden sind, hat wahrscheinlich eine höhere Wahrscheinlichkeit von Konflikten mit der Replikation als Transkriptions-Replikations-Konflikte, wodurch ein höherer Grad an genomischer Instabilität verursacht wird. Ich gehe davon aus, weil eine große Anzahl von Ribosomen gleichzeitig durch das Gen fortschreiten muss, um eine ausreichende Menge des entsprechenden Proteins zu produzieren (wie im Fall von Polysomen).

Eine andere Möglichkeit basiert auf der RNA-Welt-Hypothese. Wenn es wirklich stimmt, dass die RNA sowohl als funktionelles als auch als erbliches Molekül der DNA vorausging, dann ist es schwierig, alle RNAs so einfach loszuwerden. Auch wenn die meisten Funktionen der archaischen RNAs von DNA und Proteinen übernommen wurden, erfüllen sie immer noch einige lebenswichtige Funktionen. Um RNA aus diesen Rollen zu ersetzen, sollte es eine Alternative geben, die viel besser abschneidet als die RNAs.

Dies sind nur Vermutungen. Ein absoluter Grund lässt sich vielen biologischen Beobachtungen nicht ohne Weiteres zuordnen. Das liegt daran, dass wir den tatsächlichen evolutionären Verlauf der Dinge nicht kennen. Es ist jedoch wichtig, im Auge zu behalten, dass die Evolution in Richtung eines globalen Optimums voranschreitet. Evolution „strebt“ nicht nach Perfektion.

Das Argument in dieser Frage basiert auf der falschen Prämisse, dass ein geringfügiger Unterschied zwischen zwei makromolekularen Strukturen ein unwichtiger Unterschied ist und dass jede Bedeutung oder Abwesenheit für diesen Unterschied für verschiedene Funktionen das gleiche Gewicht hat.

Die geringfügigen Unterschiede zwischen DNA und RNA gaben der DNA bestimmte Vorteile als genetisches Material – zum Beispiel unterliegt sie weniger der alkalischen Hydrolyse und kann daher länger stabile Genome bilden. Es wird die DNA nur dann ersetzen, wenn seine Chemie besser funktioniert – für andere Funktionen der RNA ist dies im Allgemeinen nicht der Fall.

RNA wurde als Katalysator weitgehend ersetzt – aber durch Protein, nicht DNA, etwas, das man chemisch erklären kann, weil es eine größere Vielfalt von Gruppen für die Katalyse usw. in den 20 Aminosäuren-Seitenketten von Proteinen gab.

RNA wurde für Funktionen beibehalten, bei denen entweder ihre zusätzliche Zuckerhydroylgruppe oder Säurelabilität einen Vorteil gegenüber DNA (z. B. mRNA) vermittelt oder der Ersatz durch DNA keinen Vorteil zu bringen scheint (z. B. Ribosomen). Ich bin kein Experte für katalytische RNA, verstehe aber, dass das 2'-OH an der Säure-Base-Katalyse beteiligt ist.

Wenn Sie über biologische Moleküle sprechen, müssen Sie abschließend darüber nachdenken, wie ihre Chemie ihre Funktion beeinflusst. Wenn Sie keine Chemie haben, gehen Sie weg und lernen Sie etwas oder beschränken Sie sich auf einen nicht-molekularen Bereich der Biologie.

Fußnote

Ich habe hier eine Antwort auf eine verwandte Frage: Warum haben verschiedene Organismen keine Nukleinsäuregenome, die unterschiedliche Basen und Zucker enthalten?