De spontane vorming van genetisch materiaal

Aan de Universiteit van Padova werd onlangs een lezing gehouden door Prof. Ernesto Di Mauro van de Universiteit ‘La Sapienza’ van Rome over het spontaan ontstaan van het genetisch materiaal. Hier volgt een korte samenvatting.

De lezing behandelde niet de oorsprong van het leven maar de spontane vorming van nucleosiden, de chemische componenten van het DNA, of beter het RNA, gezien Di Mauro zelf meer voorstander is van de RNA-wereld hypothese. Deze hypothese gaat ervan uit dat de eerste macromoleculen die essentieel voor het ontstaan van het leven waren, uit RNA bestaan moeten hebben. RNA is het enzyme van zijn eigen molecuul want het kan namelijk zelf de bouw van dezelfde of nieuwe RNA-moleculen bewerkstelligen.

Om helemaal bij het begin te starten nam hij het publiek mee naar de samenstelling van sterrenstof (of beter interstellair stof, zie onderstaande reacties). Dit bestaat, behalve uit de zes essentiele elementen voor het leven H, C, O, P, S en N, ook uit grotere moleculen waaronder waterstofcyanide (HCN) en water (H₂O).

Orion nevel van VKblog van Marcel-Jan Krijgsman. Klik op de foto voor een grotere versie

Het sterrenstof/interstellaire stof komt op de Aarde terecht, waarbij de laatste twee moleculen reageren om formamide (HCNOH₂) te vormen. Deze stof induceert de eigen replicatie en vormt

Van Internet: Formamide

Van internet: De nucleoside Uracil

steeds meer kopieën van zichzelf. Tussen 4°C en 210°C is formamide vloeibaar.
Door de hoge temperaturen vormt het ‘neerdalende’ sterrenstof samen met formamide de eerste nucleosiden ofwel de vier ‘letters’ (U, A, G, C) van het RNA. Zie ook de figuren waarop formamide en een nucleoside afgebeeld zijn.
In het bijzijn van koper worden de nucleosiden gefosforileerd tot nucleotiden. Zo vormt zich bijboorbeeld cGMP, cyclisch Guanine Monofosfaat. Dit cGMP polymeriseert makkelijk tot een lange keten omdat deze stabieler is dan de enkele nucleotide zelf. polyG en polyC vormen dan spontaan dimeren. Ook omdat deze stabieler zijn dan de enkelstrengse polymeren. Het blijkt dat de sequenties GCC-GGC-GCC-GGC de meest frequente én meest stabiele zijn. De bijbehorende sequentie aminozuren gly-ala-gly-ala is daarom ook de meest frequente. Zo kan men concluderen dat complexe moleculen kunnen ontstaan omdat hun stabiliteit groter is.

De lezing werd middels vragen besloten met beschouwingen over wat leven is. Di Mauro merkte op dat de hierboven genoemde moleculen niet onderhevig zijn aan natuurlijke selectie, want natuurlijke selectie veronderstelt dat er reeds ‘iets’ aanwezig moet zijn om te selecteren. Toch is het mijns inziens mogelijk de snelheid waarmee bepaalde moleculen zich vormen ten opzichte van andere en de stabiliteit die ze bezitten bij bepaalde pH-waarden of temperaturen als een systeem te beschouwen dat wél onderhevig is aan natuurlijke selectie. De snelst groeiende polymeriserende en meest stabiele moleculen overheersen over de andere en de omgeving (pH en temperatuur) bepaalt of zij in het medium langer of korter zullen ‘overleven’. Di Mauro heeft uiteindelijk niet verteld waar we de grens moeten leggen voor leven. Replicatie kwam hier immers niet aan de orde.