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Henne oder Ei? Das DNA-Protein-Problem und die RNA-Welt

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Henne oder Ei? Das DNA-Protein-Problem und die RNA-Welt

http://www.scinexx.de/dossier-detail-130-9.html

Was war zuerst da? Diese Frage scheint sich als durchgehendes Muster durch alle Aspekte der Entstehung des Lebens zu ziehen. Noch während die Diskussion um Zellmembran oder „Zellinnereien“ in vollem Gange ist, herrscht auch in Bezug auf die Pionierrolle der Proteine oder der Erbsubstanz DNA Uneinigkeit. Beide Verbindungen sind eine entscheidende Voraussetzung für die Entstehung des Lebens, aber keines von beiden kann sich ohne die Anwesenheit des jeweils anderen vermehren.

„Es ist ein klassisches Henne-und-Ei-Problem“, erklärt der Biochemiker David Bartel vom amerikanischen Whitebread Institut für Biomedizinische Forschung. „Die RNA wie die DNA besitzt die genetische Information um sich zu reproduzieren, braucht aber Proteine, um diese Reaktion zu katalysieren, Proteine wiederum können zwar diese Reaktionen katalysieren, sich aber nicht ohne die Information der DNA reproduzieren.“

„Eierlegende Wollmilchsau“ gefunden
Ein Ausweg aus diesem Dilemma eröffnete sich möglicherweise im Jahr 1982, als Wissenschaftler der Harvard Universität eine spezielle Form von RNA-Molekülen entdeckten, die Ribozyme. Diese vereinen praktischerweise beide Funktionen in sich: Als RNA speichern sie genetische Information, wirken aber gleichzeitig auch als Multiplikatoren, indem sie Kopien ihrer selbst oder anderer RNA-Moleküle anfertigen können. Damit übernehmen sie im Prinzip die Funktion der aus Proteinen bestehenden Enzyme.


Ribozym
©️ NIH
Nach Ansicht einiger Forscher, darunter auch David Bartel und Jack Szostak von der Harvard Universität, könnte damit das Henne-Ei-Problem gelöst sein. Denn möglicherweise hat es in der Frühzeit des Lebens eine reine „RNA-Welt“ gegeben, in der sämtliche Funktionen, die heute von Proteinen und DNA ausgefüllt werden, von RNA-Molekülen übernommen worden wären. Damit würde der Zwang zur gleichzeitigen Entstehung zweier komplexer Makromoleküle und ihr Zusammentreffen an einem Ort entfallen und damit das Henne-Ei-Duo auf die Henne - oder das Ei – reduziert.

Ein Problem der Bindung...
Mittlerweile haben Bartel, Szostak und Kollegen Milliarden von unterschiedlichen RNA-Molekülen auf ihre Enzymqualitäten hin durchmustert und ganze Kohorten von verschiedenen Ribozymen im Labor produziert. Das Ergebnis ist allerdings eher gemischt: Die gefundenen Ribozyme schaffen es immerhin mit bis zu 95 Prozent Genauigkeit, die exakte Kopie einer RNA aus den Grundbausteinen neu zusammenzusetzen. Die Länge dieser Kopie ist aber bisher auf nur etwa 14 Basenpaare begrenzt. Für ein sinnvolles Stück Erbinformation, ein echtes „Genwort“, reichen diese paar Buchstaben des genetischen Codes leider noch lange nicht aus, hier gelten 200 Basenpaare als ein Minimum.

Das Problem, so haben Bartel und Co. mittlerweile erkannt, liegt in der Bindung: Einmal angedockt sind die Ribozyme schnelle und robuste Kopiermaschinen, aber leider hält diese Bindung nicht lange genug, um eine komplette RNA zu reproduzieren – noch nicht. Denn die Forscher sind fest entschlossen, auch dieses Problem ihrer Labor-RNA-Welt zu lösen.

Bartel ist sich der Schwierigkeiten ihres Unterfangens allerdings sehr bewusst: „Wir werden niemals im Stande sein, die Existenz einer RNA-Welt zu beweisen, weil wir nicht in der Zeit zurückreisen können – aber wir können die grundlegenden Eigenschaften der RNA untersuchen und sehen, ob diese mit einem RNA-Welt Szenario kompatibel wären.“

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RNA-Welt

http://www.wort-und-wissen.de/index2.php?artikel=info/rezens/b11.html

Auch die Präsentation der "RNA-Welt" ist veraltet. Deren Stern ist seit Jahren wieder im Sinken begriffen, weshalb intensiv nach einer "Vorgänger-Welt" und dem Übergang von der RNA-Welt zur gegenwärtigen "DNA-Protein-Welt" gesucht wird. Da hört es sich nüchterner an, wenn man von Protagonisten der "RNA-Welt"-Idee, G. F. Joyce und L. E. Orgel, in einer amerikanischen Fachzeitschrift für Biologielehrer liest: "Wir werden wohl nie das erste Polymer identifizieren können, das in eine Darwinsche Evolution eintrat. Selbst wenn wir seine chemische Natur kennen würden, würden wir so gut wie sicher nie seine genaue Sequenz kennen." (Dennoch halten sie jedoch eine abiogenetische Entstehung des Lebens für plausibel.)

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http://www.heise.de/foren/S-Die-RNA-Welt-beruht-auf-einen-Strohmann/forum-36485/msg-18828202/read/

Selbst wenn wir annehmen, sie haben sich zufällig geformt, wie
konnte dann diese RNS, bestehend aus nur einer einzigen
Nukleotidkette, "beschlossen" haben sich zu duplizieren und mit
welcher Art Mechanismus? Wo fand sie die benötigten Nukleotiden für
den Replikationsprozess? Selbst die evolutionistischen Mikrobiologen
Gerald Joyce and Leslie Orgel beschreiben diese verzweifelte
Situation in ihrem Buch In the RNA World (In der RNS-Welt):

Diese Diskussion... fokussiert in gewisser Weise auf einen
Strohmann: Dem Mythos von dem sich selbst replizierenden RNS Molekül,
dass aus einer Suppe zufällig zusammengewürfelter Polynukleotide
aufsteigt. Diese Sichtweise ist nicht nur im Licht unseres
herrschenden Verständnisses der präbiotischen Chemie unrealistisch,
sie überstrapaziert, was das katalytische Potential der RNS angeht,
auch die Leichtgläubigkeit eines Optimisten.

G. F. Joyce, L. E. Orgel, "Prospects for Understanding the Origin of
the RNA World," In the RNA World, Cold Spring Harbor Laboratory
Press, New York, 1993, S. 13

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