Голосования

Какой теорией происхождения жизни вы придержавайтесь?
 

Узнал новое?

Поделись с друзьями:

Наша кнопка

88x31 Код




Цена свободы
(1 голос, среднее 5.00 из 5)
Биогенез. Феноменология чуда.

 

 

Если рассуждения верны, то возникает вопрос: почему рибозимные аминоацилтрансферазы (кодосомы) заменились на белковые аминоацил-тРНК-синтетазы (АРС-азы)? Это необходимое условие закладывается по определению с самого начала формирования Прогенота. Только в случае полной замены кодосом на белковые молекулы, которые будут давать аналогичные продукты, но полученные уже иным путем, не связанным с условиями функционирования системы, Прогенот приобретет независимость от среды и может её покинуть.

 

Будем исходить из того, что Прогенот «нашел» подходящую энергогенерирующую реакцию и перешел на новый энергетический источник – АТФ. Вероятно, первоначальная роль АТФ – это роль донора макроэргического фосфата в репликации. Такой Прогенот имеет преимущество – его репликация идет постоянно, вне зависимости от условий функционирования системы. Он доминирует и занимает всю область среды. АТФ становится обязательным его компонентом, и он может использовать её в других целях. Теперь, если Прогенот найдет удачную белковую молекулу, которая будет выполнять функцию какой-либо кодосомы, то он непременно сохранит этот ген. Получается, что замена кодосом на белки – это, прежде всего, длительный процесс. Кодосомы вполне функциональны, их замещение, по сути, превращается в простое накопление молекул с «удачным» строением. Следовательно, все АРС-азы будут иметь совершенно разное строение! В действительности именно это мы и наблюдаем – все существующие АРС-азы чрезвычайно разнообразны в строении. Фактически их классификация основывается на функциональных свойствах. Более того, для всех АРС-аз антикодон тРНК уже не будет являться обязательным элементом распознавания. И вновь мы видим подтверждение. Как известно, для АРС-аз элемент распознавания может находиться на любом участке тРНК (Лаврик, 1996; Энтелис, 1998).

 

Замена аминоацилтрансфераз на АРС-азы должна быть в целом выгодна процессу. Очевидно, это связано с тем, что образование  аминоацил-тРНК в АРС-азах идет через промежуточный продукт - аминоацил-АМФ, т.е., через формирование ангидридной связи с очень высоким энергетическим значением (DG° = -49 кДж•моль-1 ). Такая реакция требует затрат двух макроэргических фосфатов, хотя конечный продукт аминоацил-тРНК приобретает эфир с гораздо меньшим энергетическим значением. В этом новом пути образования аминоацил-тРНК при параллельном гидролизе пирофосфата, мы наблюдаем энергетический барьер, который делает синтез белка «дорогой одностороннего движения».

 

Что произойдет, если Прогенот находит подходящую молекулу (подходящую АРС-азу), которая выполняет аналогичную функцию какой-либо кодосомы? Кодосома в этом случае сама начинает использовать общий субстрат – синтезирует гомополимер. Выход из такой ситуации только один – необходимо «потерять» кодосому, что может произойти при спонтанных, неконтролируемых реакциях. Прогенот, который «нашел» подходящую АРС-азу и «потерял» соответствующую кодосому, имеет явные преимущества – он активно поглощает субстрат (аминокислоты) и в этом он независим от системы. Другие Прогеноты, в таком случае, будут просто обречены на «голодное» вымирание. Такое поведение напоминает рост бактериальных колоний. Его итогом становится постепенное замещение всех кодосом на более успешные молекулы, такие, как АРС-азы. Так, шаг за шагом, Прогенот «находит» подходящую АРС-азу и теряет соответствующую кодосому. Конечно, в такой ситуации поиск удачных молекул идет «вслепую», перебирается огромное количество различных вариантов, в том числе и вариантов кодирования. Большая часть из этих вариантов будет представлять несостоятельные комбинации, ведущие к гибели. Однако, если появится «удачный» вариант, он размножается и в его многочисленных копиях будет вновь идти поиск удачной замены. Так повторяется неоднократно – эволюция ведет к медленной, но неизбежной замене кодосом на аналогичные, более эффективные АРС-азы.

 

Следует отметить два важных обстоятельства. Во-первых, новый путь образования аминоацил-тРНК дает возможность включать в систему кодирования новые аминокислоты, которые могут быть продуктами уже «раскрытого» метаболизма, что может реализовываться по трем основным направлениям:

 

1. новые аминокислоты могут просто занимать вакантные места, свободные от кодирования. Количество таких мест на раннем этапе должно быть значительным, т.к. первичный генетических код мог основываться на небольшом числе кодосомных молекул.

 

2. новые аминокислоты за счет сходства строения со старыми могли просто захватывать тРНК уже у существующих аминокислот, одновременно с их кодонами. Реализация такой возможности подтверждается корреляцией у метаболически зависимых аминокислот.

 

3. в результате увеличения значимости третьего нуклеотида. В современном генетическом коде информационная нагрузка в триплете распределена не одинаково – большее значение имеет второй, наименьшее третий. Принято считать, что в раннем периоде третий нуклеотид вообще не имел никакого значения. Для Прогенота с кодосомами это было выгодно – при небольшом числе кодосом он мог прочитывать большое количество генов, но при замене кодосом на АСР-азы становится выгодно получать больше информации от генов.

 

Во-вторых – постепенная замена действующих кодосом дает возможность перебирать различные варианты генетического кода и выбрать из них наиболее удачный вариант из всех возможных. Так формируются условия эволюции генетического кода. Подтверждение тому мы наблюдаем при компьютерном моделировании кода. Результаты компьютерного моделирования показывают, что генетический код явно эволюционировал. Так, при сравнении существующего генетического кода с гипотетическими альтернативными вариантами, устанавливается его важное свойство – он минимизирует последствия ошибок, возникших в самих генах или в процессе трансляции (Фриленд, Херст, 2004).

 

Но если произошла замена кодосом на АСР-азы, то почему на белки не заменилась рибосома или тРНК? Заменить тРНК на белки, выполняющие транспортную функцию решительно невозможно – любые изменения полностью подрывают систему кодирования. Что касаемо рибосомы, то теоретически её функцию мог бы взять на себя белок. Но, вероятно, трудность оказалась в том, что появления одной «удачной» молекулы недостаточно, чтобы конкурировать за субстрат, она должна превосходить предшественника по каталитической активности. Судя по всему, рибосома очень рано приобрела факторы элонгации, а более эффективной структуры, чем та, которая уже осуществляла этот процесс с избытком энергией в -60 кДж•моль,-1 просто не нашлось. В результате, эволюция рибосомы пошла иным путем – она стала наращивать количество белковых помощников.

 

После получения энергетической независимости от среды и окончательной замены всех аминоацилтрансфераз на АСР-азы, Прогенот можно назвать «созревшим». Он уже имеет развитую систему метаболизма, необходимо только одно – сформировать собственную мембрану, что станет концом существующей проблемы. Очевидно, что выход из среды в такой ситуации может осуществляться длительное время, и он может быть неоднократным. Обособление генетического материала, а так же смена условий существования, стимулирует индивидуальное развитие. При этом каждый «выходец» имеет возможность развивать индивидуальные биохимические пути, однако все они будут иметь общие основополагающие биохимические механизмы, т.е., все они будут иметь одного общего предка – LUCA (от английского Last Universal Common Ancestor - последний универсальный общий предок). В таком случае, формирование собственной мембраны может проходить разными путями. Это  объясняет факт различий в мембранах двух основных царств: бактерий и архебактерий. Вполне возможно, что среда по частям растворялась в воде, неоднократно высвобождая самоорганизованные, жизнеспособные формы. Если исходить из построений глобального древа всех таксонов биологического мира, то можно считать, что выходцев, сохранивших своих потомков до наших дней, оказалось трое. Все они одинаково равноудалены друг от друга и составляют три крупнейшие ветви эволюционного древа.

 

Отдельного внимания заслуживает феномен самоорганизации. Это явление спонтанное, оно непредсказуемо, и каждый раз может идти новыми путями. Соблюдается простой принцип – сохраняется первая удачная комбинация функций, та, которая даёт возможность сохранить первичный структурно-информационный узел. По существу, отсутствует целый этап эволюции, который должен идти от молекулярного уровня и заканчиваться уровнем надмолекулярных структур, клеточных органоидов и клетки. При самоорганизации идет бесконечная генерация различных комбинаций функциональных блоков. Но выбор будет сделан только на первом удачном варианте, на том, который при смене условий среды позволит самостоятельно существовать Прогеноту, как отдельной биологической единице. Нам трудно поверить в это явление, мы наблюдаем и воспринимаем молекулярный и регуляторный уровень организации клеток, как единственный из всех возможных вариантов. Хотя правильней было бы считать, что это не единственный вариант, а всего лишь один из многих.

 

Изложенная теория очень простая, ей следовало появиться еще на заре понимания основ в молекулярной биологии. Только эта теория способна объяснить причины целесообразного строения белка, механизм формирования генетического и белоксинтезирующего аппарата. Она объясняет главное – происхождение жизни как природный закон, который можно доказать экспериментально.

 

 

 

Автор:  Кандидат медицинских наук Роман Александрович Жоголь,  Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Автор готов принять участие в обсуждении данной статьи.


 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить