Nukleinsäuren

@misc{gamow1956problem1,
    author = "Gamow, G. und Rich, A. und Yas, M",
    title = "Problem der Informationsübertragung von Nukleinsäuren zu Proteinen",
    year = "1956",
    howpublished = "Advances in Biological and Medical Physics, v. 4, p. 23-68",
    note = "talkorigins_source = {true}; raw_reference = {Gamow, G., Rich, A., und Yas, M., 1956, Problem der Informationsübertragung von Nukleinsäuren zu Proteinen: Advances in Biological and Medical Physics, v. 4, p. 23-68.}"
}

@incollection{gamow1956the,
    author = "GAMOW, GEORGE und RICH, ALEXANDER und YČAS, MARTYNAS",
    title = "The Problem of Information Transfer from the Nucleic Acids to Proteins",
    year = "1956",
    booktitle = "Advances in Biological and Medical Physics",
    url = "https://doi.org/10.1016/b978-1-4832-3110-5.50006-6",
    doi = "10.1016/b978-1-4832-3110-5.50006-6",
    pages = "23-68"
}

@incollection{cavalieri1963nucleic,
    author = "Cavalieri, Liebe F. und Rosenberg, Barbara H.",
    title = "Nucleinsäuren und Informationsübertragung",
    year = "1963",
    booktitle = "Fortschritte in der Nuclein-Forschung und Molekularbiologie",
    url = "https://doi.org/10.1016/s0079-6603(08)60307-4",
    doi = "10.1016/s0079-6603(08)60307-4",
    pages = "1-18"
}

Biologische Systeme sind homochiral, was die Frage aufwirft, wie eine racemische Mischung präbiotisch synthetisierter Biomoleküle einen homochiralen Zustand auf Netzwerkebene erreichen könnte. Basierend auf unseren jüngsten Ergebnissen zielen wir darauf ab, eine verwandte Frage zu beantworten, nämlich wie chirale Information in einem präbiotischen Netzwerk geflossen sein könnte. Durch Ausnutzung der Kristallisationseigenschaften des zentralen RNA-Vorstufens Ribose-aminooxazolin (RAO) zeigten wir, dass seine homochiralen Kristalle aus seiner vollständig racemischen Lösung auf einer magnetischen Mineraloberfläche aufgrund des chiral-induzierten Spin-Selektivitätseffekts (CISS) erhalten werden können. Darüber hinaus haben wir einen vom CISS-Effekt erleichterten Mechanismus entdeckt, durch den chirale Moleküle wie RAO solche Oberflächen in einer Vielzahl von planetaren Umgebungen auf anhaltende Weise gleichmäßig magnetisieren können. All dies ist sehr verlockend, da jüngste Experimente mit tRNA-Analoga eine hohe Stereoselektivität bei der Anbindung von L-Aminosäuren an D-Ribonukleotide demonstrieren, was die Übertragung der Homochiralität von RNA zu Peptiden ermöglicht. Daher kann das biologische Homochiralitätsproblem darauf reduziert werden, sicherzustellen, dass eine einzelne gemeinsame RNA-Vorstufe (z. B. RAO) homochiral gemacht werden kann. Das Auftreten der Homochiralität bei RAO ermöglicht es dann, dass die chirale Information durch RNA, dann zu Peptiden und schließlich, durch enantioselektive Katalyse, zu Metaboliten propagiert wird. Diese Richtung des Informationsflusses der chiralen Information entspricht der des zentralen Dogmas der Molekularbiologie – der einseitigen Übertragung genetischer Information von Nukleinsäuren zu Proteinen.

@misc{ozturk2023the,
    author = "Ozturk, S. Furkan und Sasselov, Dimitar D. und Sutherland, John D.",
    title = "The central dogma of biological homochirality: Wie verbreitet sich chirale Information in einem präbiotischen Netzwerk?",
    year = "2023",
    publisher = "arXiv",
    abstract = "Biologische Systeme sind homochiral, was die Frage aufwirft, wie eine racemische Mischung präbiotisch synthetisierter Biomoleküle einen homochiralen Zustand auf Netzwerkebene erreichen könnte. Basierend auf unseren jüngsten Ergebnissen zielen wir darauf ab, eine verwandte Frage zu beantworten, nämlich wie chirale Information in einem präbiotischen Netzwerk geflossen sein könnte. Durch Ausnutzung der Kristallisationseigenschaften des zentralen RNA-Vorstufens Ribose-aminooxazolin (RAO) zeigten wir, dass seine homochiralen Kristalle aus seiner vollständig racemischen Lösung auf einer magnetischen Mineraloberfläche aufgrund des chiral-induzierten Spin-Selektivitätseffekts (CISS) erhalten werden können. Darüber hinaus haben wir einen vom CISS-Effekt erleichterten Mechanismus entdeckt, durch den chirale Moleküle wie RAO solche Oberflächen in einer Vielzahl von planetaren Umgebungen auf anhaltende Weise gleichmäßig magnetisieren können. All dies ist sehr verlockend, da jüngste Experimente mit tRNA-Analoga eine hohe Stereoselektivität bei der Anbindung von L-Aminosäuren an D-Ribonukleotide demonstrieren, was die Übertragung der Homochiralität von RNA zu Peptiden ermöglicht. Daher kann das biologische Homochiralitätsproblem darauf reduziert werden, sicherzustellen, dass eine einzelne gemeinsame RNA-Vorstufe (z. B. RAO) homochiral gemacht werden kann. Das Auftreten der Homochiralität bei RAO ermöglicht es dann, dass die chirale Information durch RNA, dann zu Peptiden und schließlich, durch enantioselektive Katalyse, zu Metaboliten propagiert wird. Diese Richtung des Informationsflusses der chiralen Information entspricht der des zentralen Dogmas der Molekularbiologie – der einseitigen Übertragung genetischer Information von Nukleinsäuren zu Proteinen.",
    url = "https://arxiv.org/abs/2306.01803",
    doi = "10.48550/arxiv.2306.01803"
}

Das Leben auf der Erde in seiner vollen Komplexität könnte ohne die Fähigkeit zur Replikation und Aufrechterhaltung seiner essenziellen genetischen und metabolischen Funktionen nicht existieren. Die Frage nach dem „Wie" und „Wann" des Entstehens des Lebens ist eines der größten ungelösten Rätsel der Menschheit. Wir können die Evolution lebender Arten verfolgen, indem wir die von Wissenschaftlern weltweit ausgegrabenen Fossilien analysieren, aber die Rückverfolgung der Anfänge des Lebens, um den Übergang von der anorganischen Erde zu lebender Materie zu verstehen, ist ein viel schwierigeres Rätsel zu lösen. Das moderne Leben basiert auf den Wechselwirkungen zwischen den Nukleinsäuren (DNA und RNA) und den Proteinen, auch als „zentrales Dogma der Molekularbiologie" bekannt. Einer der wichtigsten Prozesse der modernen Biologie ist die Translation, die als Verbindung zwischen Genotyp und Phänotyp betrachtet werden kann. In diesem Prozess wird die genetische Information decodiert und in eine Aminosäurekette übersetzt, die sich beim Faltung zu katalytisch aktiven Proteinen formt. Die Translation selbst stellt ein Huhn-und-Ei-Problem dar, da sie sowohl Nukleinsäuren als auch Proteine in Form von tRNA und dem Ribosom (ein Nukleinsäure-Protein-Hybrid) umfasst. Die RNA-Welt-Hypothese besagt, dass die RNA-Molekül ursprünglich die doppelte Funktion hatte, genetische Information zu speichern und als Katalysator zu wirken. Es wird vermutet, dass diese Vielseitigkeit durch das Vorhandensein eines erweiterten genetischen Alphabets aus modifizierten Nukleosiden unterstützt wurde. Interessanterweise kann eine Sammlung von modifizierten Nukleosiden wie t6A, m6t6A und (m)nm5U, die als „molekulare Fossilien" betrachtet werden können, in unmittelbarer Nähe des Antikodon-Loops moderner tRNA gefunden werden. Eine weitere brennende Frage im Bereich der präbiotischen Wissenschaft ist das Entstehen und die Aufrechterhaltung der biologischen Homochiralität. Das moderne Leben mit seiner komplexen Proteinfaltung und spezifischen Wechselwirkungen könnte seine Funktionen nicht aufrechterhalten, wenn die Bausteine aus gemischten Diastereomeren bestünden. Das Leben erfordert, dass die Moleküle des Lebens homochiral sind, wobei RNA ausschließlich aus D-Ribose und Proteine aus L-Aminosäuren aufgebaut sind. In dieser Arbeit behandle ich das Huhn-und-Ei-Problem, indem ich eine RNA-Peptid-Welt postuliere, in der RNA sich mit Peptiden selbst dekorieren kann. Ich zeige, dass die Nukleosid-Aminosäure-Hybridstruktur (m6)aa6A (analog zu (m6)t6A) unter präbiotisch plausiblen Bedingungen durch das Beladen einer Aminosäure auf N6-Methylurea-Adenosin gebildet werden kann. Die modifizierten Nukleoside (m6)aa6A und (m)nm5U können in RNA eingebaut werden und bilden Stränge, die als Donor und Akzeptor wirken können. Die komplementären Oligonukleotide hybridisieren über Wasserstoffbrückenbindungen, was die modifizierten Nukleoside in enger Nähe bringt und die Peptidbindungsbildung nach vorheriger Aktivierung der Aminosäure erleichtert. Anschließend kann der gebildete RNA-Peptid-Haarpin-Strang thermisch an der Harnstoffgruppe gespalten werden, wodurch die Aminosäure-beladene Akzeptorstrecke freigesetzt wird. Bei Begegnung mit einer weiteren Aminosäure-beladenen Donorstrecke kann der Zyklus wiederholt werden, und das Peptid wird länger. Dieser iterative Zyklus kann unter Ein-Schüssel-Bedingungen durchgeführt werden, imitierend eine präbiotische Welt, in der die Trennung der Zwischenprodukte nicht erforderlich war. Ich präsentiere Ergebnisse mit einer Reihe verschiedener Aminosäuren und verschiedenen Aktivierungsmethoden, die zur Bildung von bis zu Dekapeptiden auf RNA führen. Ich zeige in meiner Dissertation, dass die Peptidkupplungsreaktion in RNA, aber auch in DNA, eine hohe Stereoselektivität gegenüber den natürlich vorkommenden L-Aminosäuren aufweist. Ich melde, dass die enge Nähe der Aminosäure zur RNA einen starken Einfluss auf die Stereoselektivität hat, was darauf hindeutet, dass der in RNA vorhandene D-Ribose-Zucker die L-Homochiralität von Peptiden induziert. Diese stereochemische Präferenz basiert auf kinetischen statt thermodynamischen Aspekten der Reaktionen, da die Geschwindigkeitskonstanten für die L-L-Aminosäure-Kupplung am höchsten sind. Die Übertragung von Di- und Tripeptiden ist ebenfalls möglich mit klarer Präferenz für Homochiralität. Ich zeige auch eine temperaturgetriebene Ein-Schüssel-Peptidsynthese mit klarer Selektivität zur Bildung von Homo-L-Peptiden. Diese Dissertation liefert Daten, die eine plausible Alternative zur RNA-Welt nahelegen, nämlich die RNA-Peptid-Welt, in der RNA sich mit Peptiden selbst dekorieren kann und diese Hybride dann einen Peptidsynthes Zyklus durchführen können, wobei sie L-Aminosäuren selektiv übertragen. Die Wiederholung dieses Zyklus führt zum Wachstum längerer Peptide und kann als Prototyp eines präbiotischen, primitiven, stereoselektiven Translationsmechanismus betrachtet werden, der zu homochiralen Peptiden führt.

@phdthesis{węgrzyn2024synthesis,
    author = "Węgrzyn, Ewa",
    title = "Synthese hypermodifizierter Nukleoside und Untersuchung der nucleinsäuregetemplaten stereoselektiven Peptidbildung in einer RNA-Peptid-Welt",
    year = "2024",
    publisher = "Ludwig-Maximilians-Universität München",
    abstract = "Das Leben auf der Erde in seiner vollen Komplexität könnte nicht existieren, ohne die Fähigkeit, seine essentiellen genetischen und metabolischen Funktionen zu replizieren und aufrechtzuerhalten. Die Frage nach dem „wie" und „wann" des Lebensentstehens ist eines der größten ungelösten Rätsel der Menschheit. Wir können die Evolution lebender Arten verfolgen, indem wir die von Wissenschaftlern weltweit ausgegrabenen Fossilien analysieren, aber die Rückverfolgung der Anfänge des Lebens, um den Übergang von der anorganischen Erde zu lebender Materie zu verstehen, ist ein viel schwierigeres Rätsel zu lösen. Das moderne Leben basiert auf den Wechselwirkungen zwischen den Nukleinsäuren (DNA und RNA) und den Proteinen, auch als „zentrales Dogma der Molekularbiologie" bekannt. Einer der wichtigsten Prozesse der modernen Biologie ist die Translation, die als Verbindung zwischen Genotyp und Phänotyp betrachtet werden kann. In diesem Prozess wird die genetische Information decodiert und in eine Aminosäurekette übersetzt, die sich beim Faltung zu katalytisch aktiven Proteinen formt. Die Translation selbst stellt ein Huhn-und-Ei-Problem dar, da sie sowohl Nukleinsäuren als auch Proteine in Form von tRNA und dem Ribosom (ein Nukleinsäure-Protein-Hybrid) beinhaltet. Die RNA-Welt-Hypothese schlägt vor, dass die RNA-Molekül ursprünglich die doppelte Funktion hatte, sowohl als Träger genetischer Information als auch als Katalysator zu dienen. Es wird vermutet, dass diese Vielseitigkeit durch das Vorhandensein eines erweiterten genetischen Alphabets aus modifizierten Nukleosiden unterstützt wurde. Interessanterweise kann eine Sammlung von modifizierten Nukleosiden wie t6A, m6t6A und (m)nm5U, die als „molekulare Fossilien" betrachtet werden können, in unmittelbarer Nähe des Antikodon-Loops moderner tRNA gefunden werden. Eine weitere brennende Frage im Bereich der präbiotischen Wissenschaft ist die Entstehung und Aufrechterhaltung der biologischen Homochiralität. Das moderne Leben mit komplexer Proteinfaltung und spezifischen Wechselwirkungen könnte seine Funktionen nicht aufrechterhalten, wenn die Bausteine aus gemischten Diastereomeren bestünden. Das Leben erfordert, dass die Moleküle des Lebens homochiral sind, wobei RNA ausschließlich aus D-Ribose und Proteine aus L-Aminosäuren aufgebaut sind. In dieser Arbeit adressiere ich das Huhn-und-Ei-Problem, indem ich eine RNA-Peptid-Welt postuliere, in der RNA sich mit Peptiden selbst dekorieren kann. Ich zeige, dass die Nukleosid-Aminosäure-Hybridstruktur (m6)aa6A (analog zu (m6)t6A) durch das Laden einer Aminosäure auf N6-Methylurea-Adenosin unter präbiotisch plausiblen Bedingungen gebildet werden kann. Die modifizierten Nukleoside (m6)aa6A und (m)nm5U können in RNA eingebaut werden, wodurch Stränge entstehen, die als Donor und Akzeptor fungieren können. Die komplementären Oligonukleotide hybridisieren über Wasserstoffbrückenbindungen, was die modifizierten Nukleoside in enger Nähe bringt und die Peptidbindungsbildung nach vorheriger Aktivierung der Aminosäure erleichtert. Anschließend kann der gebildete RNA-Peptid-Haarnadelstrang thermisch am Urea-Teil gespalten werden, wodurch die Aminosäure-beladene Akzeptorstrecke freigesetzt wird. Bei Begegnung mit einer weiteren Aminosäure-beladenen Donorstrecke kann der Zyklus wiederholt werden und das Peptid wird länger. Dieser iterative Zyklus kann unter One-Pot-Bedingungen durchgeführt werden, imitierend eine präbiotische Welt, in der die Trennung der Zwischenprodukte nicht erforderlich war. Ich präsentiere Ergebnisse mit einer Reihe verschiedener Aminosäuren und verschiedenen Aktivierungsmethoden, die zur Bildung von bis zu Dekapeptiden auf RNA führen. Ich demonstriere in meiner Dissertation, dass die Peptidkupplungsreaktion in RNA, aber auch in DNA, eine hohe Stereoselektivität gegenüber den natürlich vorkommenden L-Aminosäuren aufweist. Ich berichte, dass die enge Nähe der Aminosäure zur RNA einen starken Einfluss auf die Stereoselektivität hat, was darauf hindeutet, dass der in RNA vorhandene D-Ribose-Zucker die L-Homochiralität der Peptide induziert. Diese stereochemische Präferenz basiert auf kinetischen statt thermodynamischen Aspekten der Reaktionen, da die Geschwindigkeitskonstanten für die L-L-Aminosäure-Kupplung am höchsten sind. Die Übertragung von Di- und Tripeptiden ist ebenfalls möglich mit klarer Präferenz für Homochiralität. Ich zeige auch eine temperaturgetriebene One-Pot-Peptidsynthese mit klarer Selektivität zur Bildung von Homo-L-Peptiden. Diese Dissertation liefert Daten, die eine plausible Alternative zur RNA-Welt nahelegen, nämlich die RNA-Peptid-Welt, in der RNA sich mit Peptiden selbst dekorieren kann und diese Hybride dann einen Peptidsynthes Zyklus durchführen können, wobei sie L-Aminosäuren selektiv übertragen. Die Wiederholung dieses Zyklus führt zum Wachstum längerer Peptide und kann als Prototyp eines präbiotischen, primitiven, stereoselektiven Translationsmechanismus betrachtet werden, der zu homochiralen Peptiden führt.",
    url = "https://edoc.ub.uni-muenchen.de/id/eprint/34348",
    doi = "10.5282/edoc.34348"
}