Ist Leben aus anderen Aminosäuren möglich?

[Liopleurodon]

Dies ist einer meiner ältesten Thread (damals war ich noch brav) und ich bin sehr überrascht und hocherfreut, dass hier nach Jahren hier wieder Leben reinkommt.

Das Thema interessiert mich auch.

Mein Bio-Unterricht ist schon sehr lange her. Soweit ich mich entsinnen kann, erzeugt die RNA die Verkettung der Aminosäuren zu Proteinen. Die RNA wird wiederum von der DNA erzeugt.

Bemerkenswert finde ich, dass es einen Unterschied bezüglich der Nukleinsäuren gibt, durch die sich DNA- und RNA-Moleküle unterscheiden. Warum ist dem so?

Nukleinsäuren der DNA:

• Adenin
• Thymin
• Guanin
• Cytosin

Nukleinsäuren der RNA

• Adenin
• Uracil
• Guanin
• Cytosin

Die Frage nach dem "Warum" ist schwierig zu beantworten. Es hat sich so etabliert und es funktioniert. Allerdings kann Uracil auch aus dem Zerfall von Cytosin gewonnen werden, was im Strang einer Veränderung des genetischen Codes gleich käme. Mit Thymin geht dies nicht. Somit bietet DNA ein stabileres Speichermedium als RNA.

Wäre es biochemisch möglich, dass die DNA- und RNA-Moleküle außerirdischer Lebensformen andere Nukleinsäuren enthalten?

Es gibt Alternativvorschläge. Die Alternativen müssen allerdings ein paar Kriterien erfüllen. So müssen sie einen eindeutigen genetischen Code gewährleisten können und dieser muss unter physiologischen Bedingungen vervielfältigt und abgelesen werden können. Dies setzt z.B. Grenzen für den Bindungswinkel zwischen den einzelnen Nukleotiden und deren Beweglichkeit im Molekül sowie für die Schmelztemperaturen der Stränge. Manche dieser Alternativen erfüllen diese Kriterien besser, andere schlechter.

Wir reden hier also über Alternativen zu DNA und RNA an sich, nicht nur über die Verwendung anderer Basen.

Wäre es ferner möglich, dass die Anzahl der Nukleinsäuren verschieden von der irdischen ist, bspw. 8 statt 4 Nukleinsäuren?

Grundsätzlich ja, allerdings sollte man auch hier davon ausgehen, dass die Evolution vom einfachen zum komplexen Zustand verläuft. Das heißt, es werden nur so viele Nukleotide verwendet, wie auch benötigt werden. Überflüssige Mechanismen und Strukturen sind Ballast und werden im Konkurrenzkampf schnell wieder aussortiert. Mit 4 Nukleotiden und Triplett-Codons lassen sich grundsätzlich schon mal 64 Signale codieren. Auf der Erde beinhalten diese schon gerade eben 20 Aminosäuren, so dass selbst mit dieser sparsamen Konfiguration noch Puffer für weitere - bisher ungenutzte - Variationen wäre. Es bedürfte schon sehr deutlicher evolutionärer Zwänge, um ein komplizierteres System zu entwickeln.

Da der Aufbau von Proteinen von der Reihenfolge der Nukleinsäuren der RNA abhängig ist (und somit von der Struktur der DNA), sollte so eine außerirdische DNA auch andere Aminosäuren zu Proteinen verketten.

Jein, nicht unbedingt. Biologisch wirksame Proteine sollten mindestens 4 Merkmale in ihrer Struktur aufweisen können: hydrophile und hydrophobe Regionen, Bindung von Metallen für Reaktionszentren und Disulfidbrücken zur Stabilisierung höherer Strukturen. Für diese Basismerkmale werden insgesamt nur wenige Aminosäuren benötigt und diese könnten auch strukturell eher einfach aufgebaut sein. Aus dem Topf der präbiotisch verfügbaren Aminosäuren wären das sogar möglicherweise dieselben wie auf der Erde. Erst die weitere Entwicklung der Zellen und der Stoffwechselwege machte die Integration weiterer Aminosäuren erforderlich. Hier könnte man zwischen irdischen und außerirdischen Organismen Unterschiede erwarten.

Es wäre natürlich auch denkbar, dass fremde Organismen Aminosäuren der entgegengesetzten Chiralität verwenden, also D-Aminosäuren statt wie bei uns die L-Formen. Es scheint zwar so zu sein, dass natürliche chemische Prozesse die L-Formen bevorzugen, andererseits ist es nicht ausgeschlossen, dass bei der Entstehung des fremden Lebens durch Anlagerungs- und Konzentrationsprozesse auf irgendwelchen mineralischen Oberflächen nun die D-Formen angereichert und für Lebensprozesse verwendet wurden, so dass die Zellen auf D-Aminosäuren festgelegt wären. Ich sehe jetzt erst einmal nichts, was dagegen spräche.

[Dannyboy]

Dies ist einer meiner ältesten Thread (damals war ich noch brav) und ich bin sehr überrascht und hocherfreut, dass hier nach Jahren hier wieder Leben reinkommt.

Mein Bio-Unterricht ist schon sehr lange her. Soweit ich mich entsinnen kann, erzeugt die RNA die Verkettung der Aminosäuren zu Proteinen. Die RNA wird wiederum von der DNA erzeugt.

Bemerkenswert finde ich, dass es einen Unterschied bezüglich der Nukleinsäuren gibt, durch die sich DNA- und RNA-Moleküle unterscheiden. Warum ist dem so?

Nukleinsäuren der DNA:

• Adenin
• Thymin
• Guanin
• Cytosin

Nukleinsäuren der RNA

• Adenin
• Uracil
• Guanin
• Cytosin

Die Frage nach dem Warum ist hier relativ einfach. Thymin ist 5-Methyl-uracil. Im Stoffwechsel wird Thymin aus Uracil hergestellt. Das Molekül wird dadurch stabiler, denn Uracil kann durch Transaminierung spontan in Cytosin umgewandelt werden. Das wird nicht so leicht als Fehler erkannt.

[Spocky]

Die RNA wird wiederum von der DNA erzeugt.

Das gilt nur für Eukaryonten. Bei Prokaryonten (Bakterien) gibt es keine DNA. Somit ist die RNA das ältere Molekül, weil Prokaryonten erdgeschichtlich früher auftauchen. Ist im Endeffekt auch logisch. Das Molekül RNA ist weniger komplex als DNA, in sofern ist die Entwicklung ein typischer Verlauf.

[Liopleurodon]

Das gilt nur für Eukaryonten. Bei Prokaryonten (Bakterien) gibt es keine DNA. Somit ist die RNA das ältere Molekül, weil Prokaryonten erdgeschichtlich früher auftauchen. Ist im Endeffekt auch logisch. Das Molekül RNA ist weniger komplex als DNA, in sofern ist die Entwicklung ein typischer Verlauf.

Auch Prokaryonten haben DNA. Bei einigen Viren fehlt sie, aber wahrscheinlich aus gänzlich anderen Gründen.

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Die Frage nach dem Warum ist hier relativ einfach. Thymin ist 5-Methyl-uracil. Im Stoffwechsel wird Thymin aus Uracil hergestellt. Das Molekül wird dadurch stabiler, denn Uracil kann durch Transaminierung spontan in Cytosin umgewandelt werden. Das wird nicht so leicht als Fehler erkannt.

Und da die Bestandsdauer von RNA-Molekülen innerhalb einer Zelle nur kurz ist, besteht kein Selektionsdruck gegen das Uracil, so dass dieses geblieben ist.

[Dannyboy]

Das gilt nur für Eukaryonten. Bei Prokaryonten (Bakterien) gibt es keine DNA. Somit ist die RNA das ältere Molekül, weil Prokaryonten erdgeschichtlich früher auftauchen. Ist im Endeffekt auch logisch. Das Molekül RNA ist weniger komplex als DNA, in sofern ist die Entwicklung ein typischer Verlauf.

Ich würde auch beim Punkt Komplexität widersprechen wollen. Zwar kann auch DNA wesentlich mehr als die Watson Crick Doppelhelix, aber RNA bildet Tertiärstrukturen aus.