Esisolu

Wikipedia

Esisolu on tutkijoiden kuvittelema solua muistuttava varhainen rakenne, josta elävät solut kehittyivät. Esisolut eivät kyenneet tuottamaan monia tarvitsemia ravinteitaan itse. Vuoden 2009 elkuun mennessä ei ole onnistuttu tuottamaan toimivaa esisolua, jossa tapahtuis suuri joukko elämän vaatimia kemiallisia reaktioita ja muita tapahtumia.

Esisolujen uskotaan evoluutioteoriassa edeltäneen bakteerien ja arkkien tyyppisä varhaisia prokaryootteja. Esisolun uskotaan olleen pisara, jossa oli nukleiinihappoja, proteiineja, lipidejä ja muita vastaavia elämälle välttämättömiä molekyylejä. Silloin se olisi muistuttanut suurta liposomia. Esisolujen uskotaan kehittyneen kemiallisen evoluution kautta varhaisiksi tumattomiksi eli prokaryooteiksi.

Sisällysluettelo 1 Pienin mahdollinen eliö 2 Varhaisen esisolun oletettuja moöelyylejä 3 Los Alamosin esisolu 4 Eräitä DNA- ja RNA-pituuksia 5 Proteiinien kokoja 6 Proteiini- ja geenimääriä 7 Informaatiomääriä ja todennäköisyyksiä 8 Katso myös 9 Viitteet 10 Aiheesta muualla

[muokkaa] Pienin mahdollinen eliö

Pienin mahdollinen eliö on yksisoluinen, tumaton, bakteeria tai riketsiaa muistuttava eliö, jossa on vain välttämättömät geenit. Varhaisin eliö lienee ollut lähinnä pienintä mahdollista, ja ollut hapettomissa oloissa elänyt luultavasti rikkiä pelkistänyt bakteerimainen eliö.

Vuonna 1996 A.R. Musheigan ja E.V. Koonin vertasivat kahden yksinkertaisen solun Haemophilus influenzae ja Mycoplasma genitalium ja totesivat, että näillä on 240 yhteistä geeniä. Koska tarvitaan ainakin muutama geeni lisää, pienimmässä mahdollisessa eliössä on Musheigan ja Koonin mukaan ainakin 256 geeniä.

H. influenzaessa on yhdessä pyöreässä "kromosomissa" 1830140 emäsparia. Proteiineja koodaavia geenejä on 1740, siirtäjä-RNA-geenejä 58 ja 18 muuta RNA-geeniä.

Loisena elävä pienin tunnettu solu M. genitalium säilyttää geeninsä DNA:ssa, jossa on vain 582970 emäsparia eli noin 580 kb. Tämä on pienin tunnettu solun genomi. Geenejä on 521, joista 482 koodaa proteiineja. M. genitaliumin 470 geeniin mahtuu DNA:n replikaatio, transkriptio ja translaatio, DNA-korjaus, solun kuljetusjärjestelmä ja energia-aineenvaihdunta. M. genitaliumista johdetuissa kannoissa noin 30% geenistä pysyy muuttumattomina^[1]. Laboratoriossa on tuotettu minimaalinen 381 geeniä sisältävä mykoplasma genitaliumin versio.

Mutta on löydetty vielä pienempi loisbakteeri, gamma-proteobakteeri Candidatus Carsonella ruddii, jonka genomissa on vain 159662 emäsparia ja arviolta 182 geeniä.

Pienin tunnettu täysin itsenäisenä elävä solu vaatii melkein 1,4 miljoonaa emäsparia. Jos tässä määrässä on geenien limittäisyyttä smaan verran kuin ihmisen geeneissä, pienin mahdollinen itsenäisen solun DNA olisi kolme kertaa tätä pidempi eli 4,2 miljoonaa emäsparia.

Minimaalisessa organismissa on oltava suuri määrä erilaisia toimintoja:

• DNA-käännös, proteiinisynteesi, mm tulkitsija
• DNA:n kahdentuminen
• DNA-korjaus
• rekombinaatio
• transkriptio
• kaperonin tyyppiset proteiinit, jotka auttavat muita proteiineja laskostumaan oikein
• aineenvaihdunta
• aineenvaihdunnan siirtoproteiinit
• proteiinien kuljetus (ja osoitelappujärjestelmä))
• biosynteesi

[muokkaa] Varhaisen esisolun oletettuja moöelyylejä

Jotkut olettavat, että varhaista esisolua olisi ohjannut RNA, ja silloin varhaisimmissa esisoluissa olisi ollut RNA:n jakautumista tuottavia replikaasi- ja valkuaiaainesynteesiä ohjaavia ribotsyymimokelyylejä^[2]. Varhaisten hyvin pienten "lipidipussien" uskotaan jakautuneen itsestään, kun kasvoivat riittävän isoksi. Esisolu on saattanut muistuttaa koronavirusta, jossa on lipidikerroksessa valkuaismolekyylejä, ja keskellä RNA. Koronaviruksessa on glykoproteiineja ja fosfoproteiineja pallomaisena muodostumana.^[3][4].

[muokkaa] Los Alamosin esisolu

Pääartikkeli: Los Alamosin esisolu

Itseorganisoituvien järjestelmien tutkija Steen Rasmussen on tuottanut Los Alamosin yliopistossa pienen lopidipussin, jossa on valoa vastaanottava molekyyli, ja entsyyminä toimiva PNA-molekyyli. Tämä miljoona kertaa bekteeria pienempi "esisolu" osaa vain yhden toiminnon, valmistaa valoenergian avulla valmiista osasista omaa kalvoaan. Se ei ole elävä muun muassa sen takia, ettei se kykene lisääntymään ^[5].

[muokkaa] Eräitä DNA- ja RNA-pituuksia

Vertailun vuoksi tässä esitetään eräitten virusten, bakteerien jne DNA:n ja RNA:n pituuksia. Esisolun kehitys on saattanut alkaa siirtäjä-RNA:n tai viroidin kokoisesta geenistä. Erään arvion mukaan teoreettinen minimaalinen hypersykli olisi vaatinut 10 entsyymiä ja 2 RNA-molekyyliä, jotka suorittaisivat 18:aa toimintoa ^[6]. Ribosomissa on noin 50 erilaista valkuaista. Hyvin minimaalinen esisolu vaatii arviolta noin 100 entsyymiä^[7], ehkä enemmän. Nämä vaatisivat silti elääksen huomattavaa elotonta rakenneosien raaka-aineiden tuotantoa.

• Siirtäjä-RNA noin 74-95 emästä
• Viroidit monesti noin 220-350 emästä
• ribotsyymit , RNA-enstyymit, eräs lipaasiaktiivinen enstyymi noin 220 emästä. Tyypillisestä 220 emäksen mittaisista RNA:sta on vain noin 1E-14 ribostyymejä.^[8]

• plasmidi, bakteerissa oleva irrallinen DNA, 1000-200 000 emäsparia
• ribosomien RNA:t noin 1540-4700 nukleotidia
• pikornavirus, mm poliovirus, yksijuosteinen RNA, 7000 emästä, 4 proteiinia, pienissä RNA-viruksissa tyypillisesti 5000-11000 emästä
• Influenssa-myksovirus 10000 parin yksisäikeinen RNA, 7 proteiinia
• Reovirus 50000 kaksijuosteinen RNA, 7 proteiinia
• Bakteeri E. colin virus T4-bakteriofagi, DNA-virus, 166000 kaksjuosteisen DNA:n emästä, 28 proteiinia^[9]
• Ihmisen solun mitokondrio: mtDNA 16569 emäsparia, 2 ribosomi-RNA-geeniä, 22 siirtäjä rna-geeniä, 13 proteiinigeeniä. Mutta yhteensä mitokondrio tarvitsee yli 90 proteiinia, joista suurimman osan geenit ovat solun tumassa^[10]. Näin ollen mitokondriossa on ainakin 127 geeniä.
• Viherhiukkasten DNA noin 120000-160000 emäsparia, mutta monien keskeisten viherhiukkasen proteiinit valmistetaan tman DNA:n ohjaiden mukaan
• Soluloiset, riketsiat, mykoplasmat
  • 'Loismainen gamma-proteobakteeri 'Candidatus Carsonella ruddii, jonka genomissa on vain noin 0,16 miljoonaa emäsparia, ehkä noin 182 geeniä.
  • Mycoplasma genitalium hieman yli 0,58 miljoonaa emäsparia
• Täysin itsellinen solu minimissään noin 1,4 miljoonaa emäsparia

[muokkaa] Proteiinien kokoja

Vertailun vuoksi joidenkin proteiinien kokoja.

• Insuliini, pieni proteiini kaksi ketjua, toinen 21 ja toinen 31 aminohappoa^[11], molekyylipaino 5808 daltonia.
• Pieni entsyymi 4-oksalokrotonaatti tautomeraasi 62 aminohappoa, mutta reaktioihin osallistuva osa vain 3-4 aminohappoa, on väitetty yhden aminohapon, proliinin, toimivan enstyyminä
• Sytokromi-C, aineenvaihdunnan proteiini, 104-112 aminohappoa.
• Ribonukleaasi, joka pilkkoo RNA:ta, 124 aminohappoa
• Proteiinin itsekseen laskostuva osa, domeeni, noin 150-200 aminohappoa, jolloin luonnossa 1000-5000 domeenien perustyyppiä- Tyypilline domeeni esim globiinin geeniosa 1thb ja 1colA.^[12]
• Seerumialbumiini 513 aminohappoa, 8500 atomia
• Eräs melko tyypillisen kokoinen entsyymi fenyylialaniini-hydroksylaasi^[13], 452 aminohappoa, molekyylipaino 51862, 7289 atomia. Katalyyttinen osa 300 aminohappoa, säätelyosa 115 aminohappoa.
• Suuri entsyymi 2500 aminohappoa

[muokkaa] Proteiini- ja geenimääriä

• virus PhiX 174, 11 geeniä^[14], 5386 emästä, emäksiä G ja C 44%
• Solun kielenkääntämisjärjestelmä 50 proteiinia ja muuta osaa^[15]
• Loisen, Mycoplasma genitaliumin geenimääriä: replikaatio 32, transkriptio 12 ja translaatio 101
• Itsellisen solun Methanococcus jannaschiin geenimääriä: 1738 geeniä, replikaatio 38, transkriptio 19 ja translaatio 114^[16]

[muokkaa] Informaatiomääriä ja todennäköisyyksiä

• 250 emäksen mittainen DNA tai RNA, noin 500 bittiä. Jos vain 20% siitä oltava oikein, noin 100 bittiä.
• 2000 geeniä sisältävä solu, syntytodennäköisyys 1E-40000. Mutta toimivia geenejä vain noin 4E20.^[17]

[muokkaa] Katso myös

• Elämän synty
• Prokaryootti
• Liposomi
• RNA-maailma
• Hypersykli

[muokkaa] Viitteet

[muokkaa] Aiheesta muualla

• A Model of the Protocell
• Assembling Life From Scratch
• S U P R A M O L E C U L A R C H E M I S T R Y
• [1]