Валерий Гуров – Сотворение мира (страница 6)

       Синтез белка на матрице РНК расширил свойства добиологических систем, постепенно белок заменил РНК в структурных аспектах.

Белки – качественно новые химические соединения, которые вносят в микромир совершенно новые свойства, а также зависимость ее свойств от значений рН. Изоэлектрической точкой аминокислоты называют значение рН, при котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом. При таком рН аминокислота наименее подвижна в электрическом поле, что позволяет использовать данное свойство для разделения аминокислот, а также белков и пептидов.

Цвиттер-ионом называют молекулу аминокислоты, в которой аминогруппа представлена в виде – NH₃⁺, а карбоксигруппа – в виде – COO⁻. Такая молекула обладает значительным дипольным моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот. Эта особенность белков позволяет им из окружающей субстанции извлекать определенные химические соединения, упорядочивать их и утилизировать поступающую извне энергию в новое химическое соединение. К другим важным свойствам белков относится то, что они, взаимодействуя с ионами металла, создают уникальные катализирующие центры (ферменты) для многих биологических соединений; создают проводящие пути для ионов металла и органических соединений через мембраны; выступают универсальным строительным материалом в структуре клетки; являются основой сократительных молекул; образуют рецепторы клетки; используются как химические соединения для «обмена информацией» между клетками.

Характерным является тот факт, что в клетке каждый отдельный вид белка катализирует лишь определенный тип химических реакций. Такая избирательность упорядочивает во времени и в пространстве процессы в клетке. Библиотека информации о структуре белка содержится в матричной РНК или ДНК. Выбор участков считывания информации с них осуществляется с помощью так называемых промоторов. А вот где хранится партитура, управляющая этими пальцами-промоторами, или процесс выбора формируется автоматически, логикой химических изменений в клетке, вопрос остается открытым.

Следует отметить, что катализ вообще, а ферментивная способность белков в особенности, сильно зависит от температуры. Поэтому для большинства клеток очень важен термический гомеостаз. И чем сложнее химико-биологические процессы, реализуемые клеткой, тем уже диапазон допустимых температур. И особенно критичны процессы в клетках к высоким температурам, при которых кардинально меняется вся последовательность химико-биологических реакций, необратимо повреждающих клетку.

Массовое воспроизводство белков формирует уникальную среду вокруг репродуцирующей системы. Вплоть до формирования из белков и липидов оболочки, что обеспечивает значительную устойчивость молекулярного комплекса репродукции к внешним воздействиям. Структурное обособление репродуцирующего комплекса резко ограничивает влияние случайных факторов, упорядочивая процессы биосинтеза и порождая биосистемы на клеточном уровне. Самое существенное, что в таких клетках возникают условия для системного разделения функций направленного воспроизводства генетической информации с высокой вероятностью идентичности создаваемой копии. Такое системное разделение проявляется в том, что РНК в клетке функционально разделяются на матричные, транспортные, рибосомные и другие.

Рибосо́мные рибонуклеи́новые кислоты – несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции – считывания информации с мРНК при помощи адаптерных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.

Структурное оформление репродуцирующих систем порождает качественно новую страту в биологии – эволюцию биосистем.

Страта четвертая. Биологическая

И увидел Бог, что это хорошо.

Быт.1:19 И был вечер, и было утро: день четвёртый.

Для обоснования логики дальнейшего полагаем, что все биологические формы, проявившиеся в ходе эволюции, имеют право на существование. Их реальное наличие зависит лишь от условий, обеспечивающих их возникновение и существование, а также промежутка времени, на котором эти формы проявляются. Среда меняется как под воздействием физических процессов, происходящих на планете или в Солнечной системе, так и в ходе конкурентной борьбы биологических форм за источники энергии и ресурсы. Избыток энергии и ресурсов порождает структурное совершенствование этих форм. Недостаток – дифференцирует формы до простейших, разваливая их структурные образования.

Структурная идентификация биохимического образования, с одной стороны, придавала ему системную устойчивость к внешним факторам, но, с другой стороны, приводило к своеобразному самоотравлению продуктами синтеза. Если до структурного оформления процесс поддерживался перемешиванием под воздействием среды, то теперь этот механизм исключался. Единственный компенсационный механизм, который мог противостоять такому самоотравлению, заключался в репродуцировании структуры. Самопроизвольное деление на части обеспечивало возможность поддерживать процесс полимеризации по меньшей мере на периферии структурного образования. Да и для мелких периферийных образований была выше вероятность отделиться от конгломерата подобных структур под действием внешних факторов. Таким образом, первые биосистемы, скорее всего, походили на современные раковые опухоли.

Кроме генетического – другое отличие заключалось в том, что прабиологические системы целиком и полностью зависели от наличия во внешней среде в достаточном количестве исходного химико-биологического материала и источников энергии. Поэтому процесс эволюции прабиологических систем и пошел по пути статистической выборки из бесчисленных вариаций формируемых белков тех,

– которые бы обеспечивали энергетическую независимость прабиосистемы от внешних источников энергии;

– которые обладали ферментными свойствами по химическому воспроизведению из элементов внешней среды молекул фосфорной кислоты, сахаров, аминокислот, нуклеозидов и т. д.;

– которые обладали ферментными свойствами разлагать биохимические структуры на составные молекулы, с целью их последующего вовлечения в процесс нового формирования прабиосистемы.

Предположение о статистической выборке на множестве вариаций остается в данной статье открытым, так как непонятен иной механизм закрепления случайно найденного решения в структуре матричной РНК. Полагать, что мутации в структуре РНК могут привести к адекватному решению биологической проблемы бессмысленно в силу бесконечно малой вероятности такого события. Видимо, уже тогда существовал и существует ныне некий механизм вариационного изменения свойств белков под действием внешних условий с обратной транскрипцией в структуру РНК, позволяющий закрепить данное изменение и воспроизводить его в последующих поколениях путем создания матрицы построения нового белка с необходимыми свойствами. Такое предположение делает процесс эволюции биологических систем процессом последовательного приближения к соответствию изменившимся внешним условиям. Что, в общем-то, соответствует реалиям.

Но есть еще один путь.

Выше высказывалось предположение о том, что биологическая жизнь зарождалась как мир РНК. Отсутствие системных источников энергии на этом этапе для поддержания биологических процессов с необходимостью порождало структурирование и дифференциацию активных центров РНК. Такую, которая позволяла бы использовать механические способы их переноса в более благоприятные условия реализации возможностей РНК. По сути, этот прамир РНК быстро превратился в вирусоподобную форму существования биологической жизни. Структурная дифференциация с необходимостью привела к конкурентной борьбе вирусоподобных форм за ареалы обитания. Но конкурентная борьба не обязательно завершается вытеснением менее приспособленных форм. Похоже, даже чаще природа находит компромиссное решение симбиоза этих форм, при котором альтернативные формы объединяют генетический материл (макромолекулы РНК) либо полностью, либо существенными частями. Такая модификация генетической системы приводила и к модификации белкового материала, продуцируемого вирусоподобной частицей. Описанная эволюционная схема представляется более правдоподобной. Тем более что ее истинность теоретически можно подтвердить на основе более полного осмысления результатов расшифровок генной структуры ДНК существующих биологических видов. Ведь если данное предположение верно, то генетический материал любого биологического вида – это, по сути, книга его эволюционного становления из правирусных структур.

Акцентирование биосистемы на том или ином из перечисленных выше аспектов определило ее эволюционный путь развития. Процесс биоорганического синтеза необходимых неорганических и органических соединений из элементов внешней среды – энергетически затратный процесс. Источниками энергии на этапе возникновения биоорганической жизни могли быть либо излучение Солнца, либо геотермальное тепло. Большинство реакций биологического синтеза имеют сколь-нибудь значимый выход только при наличии катализаторов. Основными и, пожалуй, единственными катализаторами являлись на тот период ионы металлов. Можно предположить, что ферментная адаптация биосистем пошла по пути встраивания этих катализаторов в синтезируемые белковые цепочки.