ENVIROMENTAL MICROBIOLOGY: DNA/RNA World

The First DNA World/Dunia DNA Pertama

Gambar: Fragmen DNA

Sumber: t0.gstatic.com

Saat ini secara luas disepakati bahwa asal usul kehidupan bukan dari sistem DNA/(RNA)/protein satu sisi sebagai informasi genetik juga dapat sebagai katalisis, pengatur, dan fungsi struktural lainnya. Hal itu akan menjadi sebuah persoalan. Jadi, apa yang pertama kali, protein atau DNA? Protein katalisis tanpa informasi genetik yang memungkinkan dapat dipertahankan dan diperbanyak tidaklah cukup dalam waktu jangka panjang. DNA yang mengandung informasi genetik tanpa dapat melakukan katalisis diperlukan untuk fungsi kehidupan, tetapi hal ini akan sia-sia juga. Sebaliknya, dapat diasumsikan bahwa RNA bertindak sebagai prekusor dari protein dan DNA dalam arti bahwa ia dapat melakukan baik sebagai katalis (seperti enzim protein) dan sebagai pembawa informasi genetik. Bahkan didalam sel ribozim modern ditemukan (RNA katalitik) ternyata masih berfungsi fital walaupun perannya terbatas. Didalam ribosom itu sintesis rantai peptida dari protein berasal dari kode RNA yang dilakuka oleh ribosom. Ribosom ini juga dapat mengkatalisis RNA splicing.

Hipotesis yang disebut dunia RNA terlibat dalam tahap awal evolusi kehidupan sekarang merupakan pandangan universal (Joyce 2002, Orgel 2004, RNA Dunia 2006 ). Mungkinkah dunia RNA telah ada pada akhir asal usul kehidupan ? Saat ini masih menjadi pertanyaan terbuka. Sistem RNA mungkin terlalu rumit untuk muncul tanpa sintesis oleh perkusor genetik atau enzim pertama bukan metabolisme. Namun, masih ada masalah substansial, yaitu ada peristiwa sederhana pada proses spontan Bumi awal baik untuk sintesis nukleotida dan rangkaian pembentukan oligonukleotida.

Membutuhkan waktu yang lama untuk sintesis monomer RNA dibawah kondisi prebiotik tampaknya menjadi masalah yang mendasar semenjak kondensasi gula (ribosa) dan basa nukleotida (purin dan pirimidin) tidak terjadi (Orgel, 2004 ). Sintesis prebiotik dari ribonukleotida purin masih belum jelas. Namun, baru-baru ini terobosan telah dibuat berkenaan dengan sintesis monomer pirimidin ribonucleotide sintesis (menggabungkan sitosin dan urasil). Sekarang muncul prinsip yang harus dipecahkan dalam cara yang sama sekali tak terduga. Penelitian yang dilakukan oleh kelompok John Sutherland ( Powner et al, 2009 ) menunjukkan bagaimana alam bisa secara spontan menyusun monomer ribonukleotida pirimidin dari molekul secaprebiotik agar masuk akal melalui perantara bahwa kontribusi atom baik gula dan bagian basa ribonukleotida sehingga menghindari tahap kondensasi gula dan basa semuanya. Sementara jalur yang baik untuk sintesis purin ribonucleotides (menggabungkan adenin dan guanin) masih harus ditemukan, Jack Szostak berpendapat dalam komentar diartikelnya ( Szostak, 2009 ) bahwa, “ini justru karena pekerjaan ini untuk membuka banyak arah baru sehingga untuk penelitian itu akan berlangsung selama bertahun-tahun sebagai salah satu kemajuan besar dalam kimia prebiotik “. Berkenaan dengan Rangkaian nukleotida untuk menyusun oligonukleotida ada kemajuan juga. Polimerisasi aktivasi secara kimia monomer RNA dapat terjadi pada permukaan mineral tanah liat montmorilonit yang menghasilkan rantai polimer sampai 50-mers ( Huang dan Ferris, 2006). Monomer pirimidin ribonukleotida dari sintesis baru (Powner et al, 2009) juga diaktifkan (mereka mengandung fosfat siklik) yang memungkinkan untuk polimerisasi serupa.

Kelompok Daud Deamer telah menunjukkan bahwa sintesis polimer mirip RNA bahkan dapat terjadi dari mononucleotides non-aktif dalam fosfolipid vesikula, karena potensi kimia yang berfluktuasi dari anhidrat dan kondisi terhidrasi dengan panas yang memberikan energi aktivasi selama rehidrasi ( Rajamani et al, 2008). Kondisi tersebut bisa saja ada di sekitar sumber air panas di Bumi prebiotik. Lipid juga menyediakan pengorganisasian struktural lingkungan mikro tempat mononukleotida bekerja. Dalam pengaturan eksperimental, oligomer hingga 100 nukleotida dapat terbentuk secara non-enzimatis. Masih harus dilihat apabila asam lemak prebiotik vesikula masuk akal bisa memiliki efek yang sama pada sintesis RNA (replikasi molekul RNA sendiri juga akan dikemas untuk pra-evolusi lebih lanjut). Polimerisasi monomer yang diaktifkan mungkin akan dibantu oleh pengorganisasikan struktur lingkungan mikro didalam vesikula juga.

Namun, reaksi pembentukan polimer mirip RNA belum dapat menyelesaikan masalah rangkaian stereospesifik 3′-5 ‘ dari monomer ( Orgel, 2004 ) ditemukan di semua organisme hidup. Baik dibantu oleh sintesis lipid dan polimerisasi montmorillonit untuk menghasilkan campuran dari ikatan 2’-5 ‘dan 3′-5’. Namun kemudian ada pilihan terhadap ikatan 3’-5’ (hingga 74%) yang akan terjadi. Para penulis dari penelitian ( Huang dan Ferris, 2006 ) berpendapat bahwa proporsi yang lebih tinggi dari penghubung 3’-5 bisa mengakibatkan evolusi lebih cepat seluruh ikatan fosfodiester 3’-5′ selama replikasi oligomer menyarankan bahwa kelengkapan spesifikasi ikatan 3 ‘-5’ pada replikasi molekul RNA pertama mungkin tidak diperlukan. Skenario ini mungkin tidak mustahil, mengingat bahwa RNA biasanya berbentuk struktur sekunder yang tidak teratur daripada DNA helix ganda dimana stereospesifikasi absolut dari sintesis adalah wajib. Dalam studi tersebut, berbagai jenis aktivasi kimia monomer RNA yang dihasilkan berbeda pilihan untuk rangkaian 3’-5 ‘. Ini masih harus melihat bagaimana spesifisitas untuk ikatan rangakaian 3’-5’ dari monomer untuk aktivasi dengan fosfat siklik akan terjadi. Jenis aktivasi dilaporkan dalam sintesis baru dari monomer pirimidin ribonukleotida ( Powner et al, 2009).

Sulitnya sintesis nukleotida RNA dan oligonucleotides sekarang dipermudah mengingat akibat penemuan baru. Beberapa alternatif untuk RNA sebagai sistem genetik pertama telah diusulkan yang mungkin telah mendahului itu. Asam nukleat Peptida (PNA), asam nukleat threose (TNA) dan asam L-amino sebagai alternatif yang menggabungkan basa asam nukleat standar (ANAs) dibahas dalam ( Orgel, 2004 ). Bahkan ada sistem sederhana seperti asam nukleat gliserol (GNA, lihat Zhang et al, 2005. ). Sungguh menarik secara kimia, namun masih ide yang belum teruji tentang dunia PAH (PAH = hidrokarbon aromatik polisiklik) yang dikembangkan oleh S. Platts dan diuraikan dalam ( Hazen, 2005 ) dan juga (di Wikipedia dan di pahworld.com).

Kesulitan lainnya adalah bahwa ribozom (RNA katalitik) yang dapat menyalin sendiri sepenuhnya belum ditemukan. Sejauh ini, 200 basa ribozom dapat menyalin sekitar 20 basa dengan urutan yang akurat ( Zaher dan Unrau, 2007 ). Solusi untuk penyelesaian masalah untuk menyalin urutan ribozom yang panjang telah diusulkan dalam Szostak et al. (2001). Selain itu, “masalah besar untuk memisahkan produk beruntai ganda pada reaksi penyalinan sehingga memungkinkan putaran kedua penyalinan akan tetap harus dipecahkan” ( Orgel, 2004 ). Temuan terbaru menyebutkan bahwa masalah ini dapat diatasi dengan siklus termal, analog dengan reaksi berantai polimerase (PCR) yang mungkin merupakan kemungkinan yang masuk akal dalam kondisi prebiotik ( Mansy dan Szostak 2008 , Baaske et al, 2007).

wahju hidayat/Departement of Biology-UNS

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: