Peptid-Nukleinsäure

Peptid-Nukleinsäure (im Englischen PNA, peptide nucleic acid) ist ein organisches Polymer, das chemische Gemeinsamkeiten mit RNA und DNA besitzt. Unterschiede bestehen im Grundgerüst, das bei RNA und DNA aus Zuckermolekülen besteht, während die PNA ein peptidisches Rückgrat besitzt. An dieses Grundgerüst sind die vier kanonischen Basen (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin) angebunden. Die rechts abgebildete 'Nielsen'-PNA verwendet N-(2-Aminoethyl)glycin als Rückgrat. Die sekundäre Aminogruppe ist mit einer Nucleobasen-Essigsäure substituiert. Eine weitere Peptid-Nukleinsäure stellt die Alanyl-PNA dar. Das Alanyl-PNA-Oligomer besteht aus einem regulärem Peptidstrang aufgebaut aus modifizierten Alanyl-Monomeren. Die Seitenketten sind an β-Positionen mit den Nucleobasen substituiert. Durch alternierende Konfiguration der Aminosäurebausteine kann ein repetitiver Alanylpeptidstrang in β-Faltblatt-Konformation erhalten werden.

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Chemische Evolution

Peptid-Nukleinsäuren werden als Vorläufer von Makromolekülen, die heute in Organismen vorkommen, diskutiert. Vorstellungen einer chemischen Evolution, die der Entstehung des Lebens vorausgegangen ist, basieren auf dem Entstehen komplizierter Moleküle aus einfacheren durch autokatalytische Reaktionen.

Ein solches Modell wird von Vertretern der RNA-Welt-Hypothese entwickelt. Allerdings ist die RNA selbst ein kompliziertes Molekül, so dass einfachere Vorläufer zur Erklärung notwendig erscheinen. Stanley Miller und Leslie Orgel schlugen vor, dass PNA ein derartiger Vorläufer sei. Sie hat die Fähigkeit, sich selbst zu replizieren und chemische Reaktionen zu katalysieren, ist aber einfacher als RNA aufgebaut.

Leslie Orgel und seine Forschergruppe am Salk Institute for Biological Studies in San Diego zeigten, dass PNA als eine Schablone für ihre eigene Reproduktion und für die Bildung von RNA dienen kann. Obgleich die Gruppe um Orgel nicht behauptet hat, dass PNA selbst der Ursprung des Lebens gewesen ist, zeigt ihre Arbeit, dass die Entwicklung eines komplizierteren Moleküls ausgehend von einem einfacheren Vorläufer möglich ist. Zwar ist die Entstehung von PNA unter prä-biotischen Bedingungen noch nicht geklärt, jedoch konnten K.E. Nelson, et al. (2000) zeigen, dass sich die Komponenten von PNA unter angenommen prä-biotischen Bedingungen relativ leicht bilden lassen.

siehe: Chemische Evolution

Literatur

• C. Bohler, P.E. Nielsen, L.E. Orgel, Template switching between PNA and RNA oligonucleotides. Nature (1995) 17:376, 548-549.
• K.E. Nelson, M. Levy, S.L. Miller, Peptide nucleic acids rather than RNA may have been the first genetic molecule. PNAS (2000), 97, 3868-3871