1
กรดอะมิโนในยุคพรีไบโอติกและเครื่องมือแปลรหัสพันธุกรรมชิ้นแรก
HYC-1979 Lesson 8: Acid, Amino, Acids
00:00

ต้นกำเนิดของการแปลรหัสพันธุกรรมมักถูกจินตนาการว่าเกิดจากการประกอบตัวของไรโบโซมขึ้นมาอย่างทันทีทันใด สไลด์นี้เลือกแนวทางที่แตกต่างออกไป โดยเริ่มต้นจาก ความอุดมสมบูรณ์ของกรดอะมิโนในยุคพรีไบโอติก และตั้งคำถามว่าเครื่องมือแปลรหัสพันธุกรรมชิ้นแรกต้องเป็นส่วนหนึ่งขององค์กรระดับสูงใด

กรดอะมิโนในยุคพรีไบโอติกและเครื่องมือแปลรหัสพันธุกรรมชิ้นแรก XI. จะเริ่มการแปลรหัสพันธุกรรมได้อย่างไร? 1 กรดอะมิโนในยุค พรีไบโอติกที่อุดมสมบูรณ์ การสังเคราะห์แบบ Miller เคมีพรีไบโอติกจำลอง อุกกาบาตเมอร์ชิสัน องค์ประกอบสารอินทรีย์ จำกัด 2 กรดอะมิโนหลัก Gly > Ala > Asp > Val Gly Ala Asp Val กำหนดลำดับโคดอน 3 การกำหนดโคดอน ในกรอบ GC ชุดแรก G/C G/C G/C ลำดับความอุดมสมบูรณ์กำหนดรูปแบบการเข้ารหัส ระบบการเข้ารหัสแรกสุดอุดมด้วย GC ถูกกำหนดโดยความพร้อมใช้งาน ไม่ใช่ความบังเอิญ การกลายพันธุ์ · การคัดเลือก 4 ควอซีสปีชีส์ ที่อุดมด้วย GC การกลายพันธุ์และการคัดเลือก ขยายชุดการเข้ารหัส ปัญหา การก่อตัวเริ่มต้น 5 ปัญหาการก่อตัวเริ่มต้นของไฮเปอร์ไซเคิล ตัวจำลอง RNA ตัวเร่งปฏิกิริยาเปปไทด์ ไม่สามารถเริ่มจากสำเนาแม่แบบเพียงชุดเดียวได้ ค่าคงที่ การเชื่อมโยง 6 ระบบสองสมาชิก ในสภาวะจุดคงที่ การแข่งขันโดยตรง การคัดเลือกสมาชิกใดสมาชิกหนึ่ง ✓ การเสริมเสถียรภาพซึ่งกันและกัน มีเพียงสภาวะนี้เท่านั้นที่รองรับการแปลรหัสพันธุกรรม การเสริมประสิทธิภาพซึ่งกันและกัน 7 เครื่องมือแปลรหัสพันธุกรรมชิ้นแรก การจำลอง RNA + การสังเคราะห์เปปไทด์ + การปิดวงจรตัวเร่งปฏิกิริยา เป็นจุดเปลี่ยน ไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ เข้าถึงได้ทีละขั้นจากควอซีสปีชีส์ที่อุดมด้วย GC

จากเคมีพรีไบโอติกสู่อักษรตัวแรก

การสังเคราะห์พรีไบโอติกจำลอง (การทดลองแบบ Miller) และองค์ประกอบสารอินทรีย์ของอุกกาบาตเมอร์ชิสันชี้ไปที่กลุ่มจำกัดของ กรดอะมิโนอะลิฟาติกแทนที่จะเป็นส่วนผสมที่เท่ากัน ปริมาณผลผลิตและความอุดมสมบูรณ์ในอุกกาบาตกลับเอียงอย่างชัดเจน โดยไกลซีนมีมากที่สุด ตามด้วยอะลานีน กรดแอสปาร์ติก และวาลีน ความเอียงนี้คือวัตถุดิบตั้งต้นที่อักษรพันธุกรรมชุดแรกสามารถนำมาสร้างได้

ลำดับความอุดมสมบูรณ์และโคดอนในกรอบ GC ชุดแรก

ลำดับ Gly > Ala > Asp > Val ถูกใช้เพื่อกำหนดลำดับการกำหนดโคดอนในกรอบ GC ชุดแรก โคดอนที่ประกอบขึ้นจาก G และ C จะจับคู่กับกรดอะมิโนที่เรียบง่ายและอุดมสมบูรณ์ที่สุดก่อน ทำให้ความอุดมสมบูรณ์ทางเคมีและรูปแบบการเข้ารหัสในยุคแรกสอดคล้องกัน ภายใต้การตีความนี้ ระบบการเข้ารหัสแรกสุดเป็นระบบที่อุดมด้วย GC และการกำหนดของมันเป็นผลจากความพร้อมใช้งานมากกว่าความบังเอิญ

ปัญหาการก่อตัวเริ่มต้นของไฮเปอร์ไซเคิล

ไฮเปอร์ไซเคิลมีพฤติกรรมแตกต่างจากตัวจำลองที่เร่งปฏิกิริยาตัวเองเพียงตัวเดียว โดยหลักการแล้วตัวจำลองหนึ่งตัวสามารถเริ่มจากสำเนาแม่แบบเพียงชุดเดียวได้ แต่เครือข่ายแบบวงจรทำไม่ได้ เพราะการปิดวงจรต้องให้สมาชิกทุกตัวอยู่พร้อมกันในเวลาเดียวกัน เครื่องมือแปลรหัสพันธุกรรมชิ้นแรกจึงไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ระดับโมเลกุลที่แยกโดด แต่ต้องประกอบขึ้นทีละขั้นจากควอซีสปีชีส์ที่อุดมด้วย GC โดยการกลายพันธุ์และการคัดเลือกค่อย ๆ เพิ่มและปรับปรุงองค์ประกอบของมันไปทีละขั้นจนกระทั่งวงจรปิด

จุดคงที่ของไฮเปอร์ไซเคิลแบบสองสมาชิก

การวิเคราะห์จุดคงที่ของไฮเปอร์ไซเคิลแบบสองสมาชิกแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับ ค่าคงที่การเชื่อมโยงสัมพัทธ์ ที่เชื่อมโยงสมาชิกเข้าด้วยกัน ปรากฏสภาวะเชิงคุณภาพสามแบบ ได้แก่ การแข่งขันโดยตรง ซึ่งสมาชิกตัวหนึ่งเอาชนะอีกตัวหนึ่ง การคัดเลือกสมาชิกใดสมาชิกหนึ่ง ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเริ่มต้น และการเสริมเสถียรภาพไฮเปอร์ไซเคิลซึ่งกันและกัน ซึ่งสมาชิกแต่ละตัวเสริมความแข็งแกร่งให้แก่กัน มีเพียงสภาวะสุดท้ายเท่านั้นที่รองรับเครื่องมือที่เชื่อมโยงกับการแปลรหัสพันธุกรรม เพราะเป็นกรณีที่การจำลอง RNA และการสังเคราะห์เปปไทด์เสริมกำลังกันแทนที่จะแข่งขันกัน

การแปลรหัสพันธุกรรมในฐานะจุดเปลี่ยน ไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์

ภาพที่ปรากฏคือเครื่องมือแปลรหัสพันธุกรรมชิ้นแรกเป็น จุดเปลี่ยนในระบบไฮเปอร์ไซเคิล ที่เชื่อมโยงการจำลอง RNA การสังเคราะห์เปปไทด์ และการปิดวงจรตัวเร่งปฏิกิริยา คำถามนำทางคือ XI. จะเริ่มการแปลรหัสพันธุกรรมได้อย่างไร? แผนผังข้างต้นตอบคำถามนี้ โดยจุดเริ่มต้นคือความอุดมสมบูรณ์ทางเคมี และจุดสิ้นสุดคือวงจรที่เสริมกำลังตัวเอง ซึ่งเข้าถึงได้ผ่านการกลายพันธุ์ การคัดเลือก และการเชื่อมโยงที่เพียงพอ

ข้อแตกต่างสำคัญ
ตัวจำลองที่เร่งปฏิกิริยาตัวเองเพียงตัวเดียวสามารถก่อตัวเริ่มต้นจากสำเนาแม่แบบหนึ่งชุดได้ แต่ไฮเปอร์ไซเคิลทำไม่ได้ การปรากฏตัวครั้งแรกของมันจึงเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยเกิดขึ้นจากควอซีสปีชีส์ที่อุดมด้วย GC มากกว่าโมเลกุลโดด ๆ