Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья

Дктор био наук С. Б. Пашутин

Исходный шаг происхождения жизни является одной из нерешённых заморочек биологии. На сегодня ни одна из бессчетных теорий биогенеза не в состоянии дать устраивающее всех разъяснение начального появления жизни на Земле. Так либо по другому, даже более роскошные и правдоподобные догадки о том, как зародилась жизнь Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, подвергаются более аргументированной критике. Это полностью закономерно, если подходить к этой дилемме с позиций денька нынешнего. Но если испытать абстрагироваться от сейчас имеющихся феноменов, характерных биологическим структурам и на системном уровне попробовать проследовать за природой, на уровне мыслей воссоздавая её шаги исходя из убеждений необходимости, то совсем реально Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья рассмотреть „свет в конце тоннеля“.

Всё то, что нас окружает, является закономерным итогом цепи событий произошедших за млрд лет на нашей планетке, другими словами на самом деле полностью неиндивидуальным и рутинным результатом динамики процессов, имевших место на Земле с момента её формирования. Всё шло и продолжает идти по одним Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья и этим же законам природы, так как никаких других не существует. В связи с чем, при том отпущенном времени и тех критериях существования планетки, мы можем иметь только то, что вышло. А образовалась в конечном итоге довольно совершенная био система, которая не была таковой вначале. Потому, основная мысль данной работы состоит в Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья том, чтоб наметить подходы к целостному, в самом общем виде, осознанию того, как не нарушая основополагающих законов природы могли разворачиваться действия, приведшие к парадоксу жизни.

Это становится вероятным, если допустить, что ход предыдущей биогенезу хим эволюции ориентирован, в согласовании со вторым началом термодинамики, на достижение устойчивого конечного состояния Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья. В принципе, стабильность хоть какой молекулярной структуры определяется энергетически более прибыльной обоюдной ориентацией её молекул. В случае, если пространственное размещение молекул не является термодинамически хорошим либо энергия наружной среды превосходит силу связей меж элементами структуры, то значение её энтропии, как меры неупорядоченности, увеличивается и она становится неуравновешенной. Из чего Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья следует, что неважно какая открытая система, не изолированная от среды, может стать относительно нечувствительной к её дестабилизирующему воздействию, только в случае поступления в эту систему свободной энергии снаружи. Или в случае понижения своей энтропии при увеличении степени организации и уровня структурной упорядоченности всей системы. Полностью допустима и композиция обоих Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья устройств.

Как раз эти методы и лежат в базе функционирования био структур, являясь если не различительными их признаками, то во всяком случае важными, определяющими приспособительные и адаптационные способности живой системы. Что касается специфичных параметров, присущих только живым структурам, то сначала к ним можно отнести матричное самовоспроизведение на базе инфы об Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья особенностях собственного строения, сохраняемой в закодированном виде. А более комфортными для этого хим соединениями оказались нуклеиновые основания пуриновой и пиримидиновой природы. Причём в эволюционном нюансе пурины оказались полифункциональными соединениями [1, 2]. С малозначительными модификациями они представлены в почти всех многофункциональных клеточных циклах — и в виде макроэргов, как главных источников Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья свободной энергии (АТФ), и как универсальные регуляторы биохимических процессов в виде повторяющихся нуклеотидах (цАМФ и цГМФ), не говоря уже о фактически ДНК и РНК. Не считая того, аденин в виде никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ+), флавинадениндинуклеотида (ФАД) и кофермента А (КоА) заходит в состав главных коферментов, участвующих в механизмах энергообеспечения метаболических реакций. Не исключено Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, что уникальные характеристики нуклеотидов и в то же время их универсальность, оказались более нужными для перехода хим эволюции в биологическую, так как никакими другими соединениями для этого природа не пользовалась.

Создаётся воспоминание, что вся её „мудрость“ ориентирована на достижение гармонии и совершенства, и заключается в подборе более прибыльных Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья и комфортных энергетических сочетаний молекул вместе. Потому что, на самом деле, нет сколько-либо тривиальных хим запретов на создание других структур, чем те, которые были применены в биогенезе. Другими словами, для хим метода хранения и реализации инфы о подходящих для живой системы сочетаниях и пространственной ориентации молекул, природа Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья не смогла отыскать ничего наилучшего и поболее подходящего, ежели рибо- и/либо дезоксирибонуклеотиды.

Стоит отметить, что переходу хим эволюции на последующий период собственного развития, который мы называем жизнью, предшествовал большой предварительный период. За этот период времени были сделаны условия для равновероятного появления всех структурных частей нужных для биогенеза. При гипотетически Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья постоянных критериях, что фактически нереально по определению, начально древнее состояние планетки не перетерпело бы не только лишь нужных, да и вообщем никаких хим перевоплощений. Но так как подобного развития событий не вышло, это позволяет постулировать, что уже в предбиологическом периоде могли существовать высокомолекулярные соединения и появляться сложные органические молекулы Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, такие как липиды и нуклеотиды. Также ничего не мешало, согласно всем физико-химическим законам и спонтанному образованию аминокислот, прямо до олигопептидов, если, естественно течению таких реакций не мешало местное наружное окружение [1, 3]. Этот предварительный период можно именовать стадией неспешного скопления потенциально вероятных сочетаний разных хим соединений вместе, так как нужных ферментов Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья для резвого и действенного хода этих реакций ещё не было.

Хотя по большенному счёту не так и принципиально, каким образом в подходящем месте и в необходимое время оказалось „сырьё“, настолько нужное для ранешних стадий биогенеза и какова степень вероятности таких событий. Это может представлять разве что академический энтузиазм Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья. Но не даёт никаких преимуществ для осознания с какой стадии хим эволюции начинается фактически появление жизни и каким образом этот процесс мог происходить. На самом деле, это один из более тёмных периодов биогенеза, полный неясных и неоднозначных моментов.

Все же, более весомым фактором появления жизни являлось обеспечение критерий Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья для протекания „подходящих“ хим реакций. Потому что в открытой, но не замкнутой системе, способности для подходящих хим трансформаций часто отсутствовали в связи с целым рядом кинетических и термодинамических запретов. Но даже, если в критериях неограниченного места и происходила спонтанная полимеризация, к примеру тех же нуклеотидов либо аминокислот, то с большой Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья толикой вероятности, неравновесные состояния всех вновь сделанных форм были очень неуравновешенными из-за рвения наружной среды, и вероятнее всего её аква фазы, к достижению наибольшей энтропии.

Как обычно, для решения какой-нибудь задачи, в том числе и выбора хороших критерий для биогенеза, существует как минимум два варианта. Одним из Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья которых является направленность хоть какой системы к достижению полной молекулярной комплементарности, что тем увеличивало бы энергию связывания. Но в биогенетическом нюансе это не много подходило для многих молекулярных структур, а для полимеров пептидной либо нуклеотидной природы и совсем оказывалось неприемлемым, из-за особенностей их пространственной ориентации, которая Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья определяется слабенькими водородными связями. Подобные молекулярные структуры в наилучшем случае были способны к энергетически прибыльной конформационной конфигурации, когда гидрофобные участки оказывались снутри „скрученной“ молекулы.

Судя по всему, для обеспечения стабильности молекулярной структуры в аква растворе подобные приёмы оказывались недостающими, потому что в конечном итоге природа пользовалась другим, более роскошным и Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья как оказывается единственно верным в той ситуации сценарием. Другими словами безупречные условия для образования и сколько-либо долгого существования подходящих для биогенеза молекул были бы сделаны только при наличии „комфортабельной“ среды, которая бы отличалась от брутального наружного окружения.

По всей вероятности, в определённый период хим эволюции таковой возможностью стали владеть фосфолипиды Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, из молекул которых при нахождении в аква среде может происходить самосборка бислойной мембраны. На самом ранешном шаге они вероятнее всего были представлены простыми липосомальными микросферами. Этого было полностью довольно, чтоб ход хим реакций сделать более независящим, а условия их протекания сравнимо мягче, ежели в открытом пространстве. С большой Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья толикой убежденности можно представить, что такие структуры являются самым старым защитным барьером и прототипом плазматических и иных клеточных биомембран. По собственной пространственной организации замкнутая сферическая форма липидной мембраны соответствует меньшему значению энергии Гиббса, другими словами термодинамически прибыльна по сопоставлению с другими вероятными расположениями молекул. Не считая того Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, конформационная специфичность бислойной фосфолипидной оболочки соответствует жидкокристаллическому состоянию, что предугадывает автономность по отношению к окружающей среде и сразу селективную и регулируемую связь с этим наружным окружением.

Естественно, что этот уникальный вариант не мог не закрепиться в процессе следующей био эволюции и не сделать предпосылок для формирования устройств гомеостаза, как Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья 1-го из основополагающих принципов парадокса жизни. Что показывает на внутреннее подобие либо фрактальность эволюции, так как обеспечение всепостоянства внутренней среды в виде защищённой внутренней полости с завидным всепостоянством повторяется на всех иерархических уровнях био системы. Сам факт схожей симметрии, проходящей через различные временные и пространственные масштабы, имеет принципиальный био Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья смысл. Так как касается не только лишь гомеостаза, но затрагивает и другие, к примеру регуляторные нюансы функционирования био систем, что свидетельствует о необходимости и рациональной предписанности естественных процессов. Недаром особенности их поведения подчинены не слепому случаю, а выстраиваются по фрактальному принципу в виде алгоритмической матрицы.

Непременно, в предбиологическом периоде, как вобщем и Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья на ранешних шагах биогенеза, случай очень важен, но только для начального получения „подходящих“ молекул с определёнными качествами, которые сами по для себя от случайности не зависят. Видимо таким макаром, попадая в липосомальную микросферу, органические молекулы и могли создавать рациональные и термодинамические прибыльные межмолекулярные взаимодействия, труднодоступные в Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья наименее подходящих открытых критериях. И если при всем этом вправду формировались устойчивые связи, то у таких хим веществ возникало больше шансов сохранить свою биогенетически верную конфигурацию и продлить своё существование. Не считая того, из-за излишка свободной энергии, присущего органическим соединениям, их концентрация в термодинамически сбалансированной системе становится малой. Это Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья обосновано доминированием деструктивных процессов над синтетическими при нахождении органических макромолекул во наружной аква среде, стремящейся к наибольшим значениям энтропии. Схожее смещение направленности хим реакций приводит к низкой итоговой плотности макромолекул в растворе и делает следующую полимеризацию довольно проблематической. Чего нельзя сказать об открытой замкнутой системе, в какой синтез органических веществ Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья лимитирован только источником энергии и размерами внутренней сферической полости.

Но закрепить собственный „хим“ фуррор, другими словами передать приобретенный опыт в виде инфы о собственной структуре для её следующего проигрывания, было нереально, из-за отсутствия в ту древнейшую эру нужных каталитических реакций. И всякий раз, по мере неминуемой диссимиляции, приходилось поновой Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, при помощи накладного по времени способа проб и ошибок, выстраивать лучшую супрамолекулярную устойчивую форму. Хотя без всякого сомнения, возможность нахождения сильного и поэтому действенного решения резко росла уже на том простом уровне гомеостаза, который был доступен в замкнутом пространстве, образованном первичной мембраной. И не в последнюю очередь Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья за счёт экономии времени и ресурсов при гомеостатической „фильтрации“ хим веществ по их высококачественным, другими словами пространственным, либо количественным характеристикам. Что позволяло отбраковывать заранее неподходящие, или недостаточно рациональные молекулярные сочетания, но ещё не приводило к упорядоченной закономерности и периодичности появления успешных структурных форм.

Все же, динамика подобного возможного сценария не Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья могла не содействовать либо не ускорить возникновение роскошного метода проигрывания начальной наследной инфы в виде матричного копирования параметров и особенностей имеющейся структуры. Что давало возможность для её резвого восстановления и самоорганизации, но пока без такового принципиального характеристики живых структур, как хранение инфы в закодированном виде. Хотя уже само Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья по себе наличие комплементарной репликации (парадокс „слепка“ либо матричное, по эталону, копирование линейной последовательности нуклеотидов) явилось высококачественным переходом хим эволюции на свою последующую ступень либо отправной точкой для самой ранешней стадии биогенеза, конкретно предыдущей процессу появления жизни.

Как следует, можно с определённой толикой убежденности представить, что стадия скопления „правильного Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья“ для биогенеза хим потенциала смогла приготовить эволюционное возникновение молекул с самыми старыми и простыми качествами энзимов. Так, отдельными ферментными функциями на определённом шаге эволюционного усложнения могли владеть, как „случайные“ олигопептиды, так и рибонуклеотидные последовательности в виде фрагментов РНК, что судя по всему является более возможным филогенетическим событием [1, 3].

Сначала Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, шанс возникновения каталитически активных молекул повышался при структурном обилии предшественников схожих хим веществ. Случаем образованные олигопептиды, не обладали в отличие от полирибонуклеотидов [4], способностью к спонтанной рекомбинации и удлинению тем собственных фрагментов. Другими словами вначале, преимуществами полезного хим контраста, которые с высочайшей толикой вероятности благоприятствовали возникновению проферментов, обладали РНК, а Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья совсем не белковые и даже не полипептидные соединения. Естественно, что за счёт наилучших селективных черт в силу собственной более совершенной пространственной конфигурации, пептидам удалось в процессе эволюции перехватить каталитическую пальму первенства. Но в предбиологическом периоде, в связи с невыполнимостью закрепления положительного опыта энзимообразования, в белковых молекулах как в ферментах, особенного биогенетического Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья смысла не было. Разве что спонтанные пептиды со случайной энзиматической активностью оказывались способными каталитически воздействовать на организационную структуру РНК в смысле дополнительного возникновения у неё каких-то ещё специализированных функций, а именно тех же каталитических.

Но самое главное, как было сказано выше, спонтанно сформированные удачные пептидные куски не обладали возможностью Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья к репликации. Тогда как эта самая уникальная способность всегда была присуща РНК и является, в связи с особенностями хим состава и молекулярной структуры, её неотъемлемым важным свойством. Другими словами, возникновение самого первого куска РНК, владеющего каталитической активностью, к примеру полимеразной, позволяло этой макромолекуле самореплицироваться. Но при Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья всем этом ещё не приводило к формированию генетического кода, другими словами к закреплению специфичной инфы. В этих реакциях мог быть применен принцип, схожий с современной „технологией“ комплементарной авторедупликации РНК вирусов. Причём проигрывание начальной инфы вероятнее всего теми же методами и происходило: или копированием в виде РНК (репликация), или переписыванием в форму ДНК Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья (оборотная транскрипция).

Не исключено, что и фактически переход к записи генетической инфы в виде последовательности нуклеотидов, другими словами к атрибутам жизни в её современном осознании, был также опосредован эволюционным совершенствованием РНК, другими словами её способностью к выполнению более специализированных и различных функций ферментов. Так, к примеру, далековато не последняя Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья роль в процессах биосинтеза белка принадлежит каталитически активным типам РНК либо рибозимам [1]. А именно, энзиматически компетентные участки рибосомной РНК (р-РНК) владеют пептидил-трансферазной активностью и способны катализировать реакции транспептидации, другими словами увеличивать полипептидную цепь аминокислот в процессе сегодняшнего трансляционного белкового синтеза. Очень принципиально отметить, что транспептидация катализируется Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья только рибосомальными структурами, а сама реакция идёт с снижением свободной энергии. Другими словами каталитически активные центры РНК способны и без причин элонгации в виде специфичных белков-катализаторов к неспешной неэнзиматической трансляции и к тому же без дополнительных ГТФ либо АТФ источников энергии [5].

Так как в современных критериях Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья этот процесс происходит на рибосомах в присутствии комплекта специализированных РНК, то вероятнее всего и начальный, самый простой „центр пептидного синтеза“ включал в себя сочетание само мало трёх главных видов РНК: транспортной (т-РНК), матричной либо информационной (и-РНК) и рибосомной (р-РНК). При всем этом необходимо подчеркнуть, что вышеперечисленные действия могли идти Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья сразу и независимо друг от друга. Другими словами параллельно эволюционировали все феномены биогенеза:

Редупликация, в виде проигрывания начальной генетической инфы в поколениях.

Транскрипция, как переписывание генетической инфы в форму бессчетных РНК-копий.

Трансляция (синтез белков оковём перевода записанной на РНК-матрице генетической инфы в форму полипептидных цепей).

Запись и Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья хранение генетической инфы.

Что касается значимости этих стадий для биогенеза, то в филогенетическом нюансе на 1-ый план выходят „посреднические услуги“ т-РНК, другими словами процессы специфичного опознания молекулой т-РНК только „собственной“ определенной аминокислоты. Это необходимо для обеспечения соответствия меж кодируемой аминокислотой, соединённой с т-РНК и определённой Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья последовательностью нуклеотидов при содействии антикодонового участка рибонуклеинового адаптера с кодоном генетической матрицы, другими словами с комплементарным триплетом и-РНК.

Гипотетически всё могло происходить последующим образом. К примеру, возникновению специфичного взаимодействия адаптера с аминокислотой предшествовала стадия обыкновенной ковалентной связи той либо другой аминокислоты с различными кусками РНК либо отдельными мономерами Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья рибонуклеотидов. При содействии хотя бы пары таких комплексов с транспептидазными ферментами это закономерно приводило бы к образованию самого обычного пептида, но не позволяло нормально закодировать эту информацию. Так как даже при выстраивании комплементарного слепка дипептида на нуклеотидах РНК либо ДНК, приобретенная информация оказывалась бы жалкой из-за отсутствия Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья специфичного соответствия прообраза антикодона аминокислоты определённым кодовым нуклеотидам.

Понятно, что в процессе следующего эволюционного отбора зафиксировалось наилучшее молекулярное сочетание меж триплетным кодоном и-РНК и точно ему подходящим антикодоном т-РНК с прикреплённой кодируемой аминокислотой. Но самое главное в эволюционном плане, это закрепление специфичного связывания определенного адаптера с единственной аминокислотой. Любопытно Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, что само по себе данное соединение не перетерпело каких-то структурных конфигураций. Так как, не считая как через сложно-эфирную связь меж карбоксилом аминокислоты и гидроксилом концевого рибозного остатка т-РНК, их меж собой нормально и не соединишь. Но так как данная ковалентная связь на биологическом уровне неспецифична Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья, то природа „отыскала“ роскошное и уникальное решение. Была сотворена система специфичного катализа с функцией „узнавания“, опосредованной трёхмерной структурой макромолекулы т-РНК. Неспецифическая связь могла быть реализована только при рациональном пространственном совпадении специфичной области определения т-РНК с определённым и строго соответствующим только для определенной аминокислоты ферментом аминоацил Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья-т-РНК-синтетазой. В конечном итоге, при схожем сочетании, создавалась определённая аминоацил-т-РНК с соответствующим только для неё антикодоном в виде определённого триплета нуклеотидов, соответственных кодируемому кодону на и-РНК. В принципе, антикодоновые „участки связывания“ аминоацил-т-РНК могли и сами выступать в роли матрицы, что допустимо в плане соблюдения физико Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья-химических законов. Это могло происходить оковём формирования собственного генетического кода при помощи репликативной сборки комплементарной последовательности триплетов из отдельных свободных нуклеотидов наружного окружения. Что нисколечко не нарушает постулатов центральной догмы молекулярной биологии об однобоком пути передачи генетической инфы от нуклеиновых кислот к белкам, а не напротив. Вправду, белки не Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья могут быть матрицей для нуклеотидов, но свободным аминокислотам ничто не мешает таким макаром снять с себя генетический слепок. И если при предстоящем биосинтезе, матрица из случайной последовательности аминокислот приводила к образованию пептидов с подходящими био эффектами, то схожий метод оборотной трансляции позволял закрепить опыт биогенетически успешного образования макромолекулы Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья.

По всей вероятности, возникновение специфичных аминоацил-РНК и стало тем прорывом, либо по другому — инициацией фактически появления жизни в её самой старой форме, давшей начало уже био эволюции на нашей планетке. Схожий вывод следует из того, что следующее поэтапное развитие было ориентировано на отбор спонтанно возникающих структурных Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья частей более хороших для био системы. Либо на эволюционное закрепление успешных мутаций на очередных стадиях филогенеза био системы, делая её всё более и поболее совершенной. В свою очередь, возникновению успешных структур содействовал как спонтанный синтез пептидов с выстраиванием генетической матрицы „под себя“, так и напротив, уже готовые случайные куски РНК Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья либо ДНК, с успешной для вновь синтезируемых пептидов триплетной последовательностью нуклеотидов. Дополнительно, увеличению вероятности случайного появления биогенетически ценных молекул мог содействовать парадокс вырожденности генетического кода, другими словами когда отдельная аминокислота кодируется группой различных кодонов, но при всем этом каждый кодон кодирует только одну аминокислоту.

Перечень литературы

Спирин А.С. Биосинтез Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья белков, мир РНК и происхождение жизни // Вестник РАН. 2001. № 4. С. 320-328.

Скулачёв В.П. Эволюция био устройств запасания энергии // Статьи Соросовского Образовательного журнальчика. (Биология) 1997 http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros.

Чернавский Д.С. Неувязка происхождения жизни и мышления исходя из убеждений современной физики // Успехи физических наук. 2000. № 2. С. 157-183.

Chetverina H.V., Demidenko A Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни - статья.A., Ugarov V.I., Chetverin A.B. Spontaneous rearrangements in RNA sequences // FEBS Letters. 1999. V. 450. P. 89-94.

Спирин А.С. Принципы функционирования рибосом // Соросовский Образовательный Журнальчик. 1999. № 4. С. 2-9.



bill-semerka-tref-i-hillari-devyatka-chervej-klinton.html
bill-u-odin-iz-osnovatelej-aa-6-glava.html
billina-pugaet-korolya-gnomov.html