Teoria proteine-coacervat Oparin.
Astăzi, există mai multe teorii diferite despre originea vieții pe Pământ. Dar, probabil, prima teorie științifică, bine gândită de originea vieții a fost oferită abiogenically biochimist AI Oparin în 20-IES a secolului trecut. Teoria bazată pe ideea că totul a început cu proteine, iar capacitatea în anumite condiții, sinteză chimică spontană a proteinelor monomeri - amino - și polimeri proteinice (polipeptide) abiogenically [2]. Publicarea teoriei stimulat numeroase experimente într-un număr de laboratoare din lume, care arată realitatea unei astfel de sinteză in vitro. Teoria a devenit rapid o comună și extrem de popular.
postulat său principal a fost că a apărut spontan în primar „bulion“ compuși proteinice au fost combinate în picături coacervate - sisteme coloidale separate (coloizilor) plutitoare într-o soluție apoasă diluată. Aceasta a dat principala condiție prealabilă pentru apariția organismelor - izolarea anumitor sisteme biochimice asupra mediului, compartimentarea acestuia. Deoarece unii compuși proteinice coacervate picăturile ar putea avea activitate catalitică, devine posibilă trecerea de reacții biochimice în interiorul sintezei drops - apar asimilarea similaritate și deci creșterea coacervate, urmată de dezintegrarea în bucăți - reproducere. Asimilarea în creștere și împărțind coacervate de reproducție considerate ca un tip de celule vii (Fig. 1) [3].
Fig.1. Reprezentarea schematică a modului în care originea vieții
conform teoriei proteinei coacervate AI Oparin [2].
Totul a fost bine gândită și științific fundamentată în teorie, dar una dintre problemele, care, pentru o lungă perioadă de timp avansat la un ochi orb, aproape toți experții în domeniul originii vieții. În cazul în care în mod spontan prin sinteza non-matrice aleatoare în coacervate a apărut design unic cu succes a moleculelor de proteine (de exemplu, catalizatori eficiente care oferă avantaje acestei coacervate în creșterea și reproducerea), atunci ele pot fi copiate pentru a fi distribuite în cadrul coacervate, și mai ales pentru transmisia coacervate-descendenți? Teoria a fost în măsură să ofere o soluție pentru a reproduce cu exactitate problema - în cadrul coacervate și generații - unice, au apărut în mod aleatoriu structuri eficiente de proteine [3].
ARN-ul mondial ca un precursor al vieții moderne.
Acumularea de cunoștințe despre codul genetic, acizii nucleici si biosinteza proteinelor au dus la aprobarea, în principiu, a noilor idei care totul a început nu cu proteine si ARN. Acizii nucleici sunt singurul tip de polimeri biologici, structura macromoleculare care, datorită principiului complementarității în sinteza lanțurilor noi permite copierea secvență liniară proprii de unități monomere, cu alte cuvinte, posibilitatea de reproducere (replicare) a polimerului, microstructurii acestuia. Prin urmare, numai acizii nucleici, dar nu și proteinele pot fi material genetic, molecule adică reproductibile, repetând microstructurii sale specifice în generațiile [3].
Pentru o varietate de motive, este ARN, nu ADN-ul, ar putea fi materialul genetic principal al [3].
În primul rând, și în sinteza chimică și în reacțiile biochimice au precedat dezoxiribonucleotide ribonucleotide;
deoxiribonucleotide - modificări produselor ribonucleotide [3].
În al doilea rând, în procesele metabolice cele mai vechi și universale vitale larg reprezentate exact ribonucleotide în loc de dezoxiribonucleotide, inclusiv polifosfați ribonucleotide de bază de tip purtător de energie (ATP etc.) [3].
În al treilea rând, replicarea ARN-ului poate avea loc fără nici o participare a ADN-ului și mecanismul de replicare ADN-ului, chiar și în lumea modernă vie necesită participarea obligatorie a unui primer ARN pentru a iniția sinteza lanțului ADN-ului [3].
În al patrulea rând, având toate aceeași matrice și caracteristici genetice ca ADN-ul, ARN-ul este, de asemenea, capabil de a efectua o serie de funcții inerente proteinelor, inclusiv catalizarea reacțiilor chimice. Astfel, există toate motivele să considere ADN-ul ca o achiziție evolutivă mai recentă - ca o modificare a ARN-ului pentru a efectua funcții specializate de redare și stoca copii unice ale genelor care constau din genomul celulei fără implicarea directă în biosinteza proteinelor [3].
Odată deschis, ARN-ul activ catalitic, ideea primatului ARN-ului în originea vieții a primit un puternic impuls pentru dezvoltarea și a formulat conceptul unei lumi de sine stătătoare a ARN-ului care a precedat viața modernă. Posibila schemă a lumii ARN este prezentat în Fig. 2.
Fig.2. Reprezentarea schematică a modului în care originea vieții, în conformitate cu conceptul modern al primatului lumii ARN-ului [3].
ribonucleotide sinteza abiotice și asocierea lor covalentă în oligomeri și polimeri ai ARN-ului se poate produce la aproximativ aceleași condiții și în același mediu chimic care postulat pentru formarea de aminoacizi și polipeptide. Recent, AB colaboratorii Chetverin (Institutul proteina RAS) a demonstrat experimental că cel puțin unele polyribonucleotides (ARN) într-un mediu capabil de recombinare spontană, adică segmentele de lanț de schimb, prin transesterificarea apoasă convențională. Schimbul de segmente cu catenă scurtă și lung, ar trebui să conducă la o polyribonucleotides lungirea (ARN), și să promoveze în sine o astfel de recombinare diversitatea structurală a acestor molecule. Printre acestea se pot produce molecule de ARN catalitic active [3].
Chiar și o apariție extrem de rară a moleculelor de ARN individuale care au fost capabile de a cataliza polimerizarea ribonucleotide sau a compusului (despicare) oligonucleotide pe catena complementară ca șablon, înseamnă mecanismul de formare a replicării ARN-ului. Replicării înșiși catalizatori ARN (ribozomi) ar trebui să conducă la apariția unor populații de ARN automultiplicare. Producerea de copii de reproducere ARN-ului. Erori inevitabilele în copie (mutație) și recombinarea în populațiile de ARN automultiplicare pentru a crea o diversitate mai mare a acestei lumi. Astfel, ARN-ul putative lumii antice - o „lume biologic autonom, în care moleculele de ARN au funcționat ca material genetic, și ambii catalizatori enzimopodobnye“ [3].
Apariția biosinteza proteinelor.
În continuare, pe baza lumii ARN-ului ar trebui să se întâmple formarea echipamentului proteic biosintetice, apariția diferitelor proteine cu structură transmisibil și proprietăți compartimentarea ale sistemului biosintezei proteinelor și proteine seturi, eventual în coacervates formă și evoluția acesteia în structurile celulare - celule vii (a se vedea figura 2 .. ).
Problema tranziției de la vechea lume modernă ARN proteine-sintetizarea din lume - cel mai dificil, chiar și pentru o soluție pur teoretică. Posibilitatea sintezei abiotice de polipeptide și substanțe asemănătoare proteinei nu ajută la rezolvarea problemei, așa cum nu se vede nici un mod concret, modul în care această sinteză ar putea fi asociat cu ARN, și cad sub control genetic. genetic controlat sinteza de polipeptide și proteine necesare pentru a dezvolta în mod independent, din sinteza abiotic primară, propria sa cale, pe baza unei lumi ARN preexistent. Literatura de specialitate a oferit mai multe ipoteze de origine a mecanismului modern al biosinteza proteinelor în lumea ARN-ului, dar poate că nici unul dintre ei poate fi privit ca un detalii bine gândite și impecabile în ceea ce privește caracteristicile fizice și chimice. O versiune a evoluției și specializarea ARN-ului, ceea ce duce la apariția aparatelor de proteine biosintetice (fig. 3), dar nu pretinde la completitudine. [3]
A propus o schemă ipotetică conține două puncte esențiale, aparent fundamentală.
Figura 3. Proteinele biosinteză evoluție Schema și specializarea moleculelor ARN în timpul tranziției de ARN lumea antica a lumii moderne determinate genetic [3].
Al doilea punct important în această versiune este că aparatul proteic biosintetice primar apărut pe baza mai multor tipuri de ARN specializate înainte de enzima aparat (polimerază) replicarea materialului genetic - ARN și ADN. Acest dispozitiv cuprinde o activitate transferaza primară catalitică a ARN proribosomal peptidil posedat; un set de pro-ARNt aminoacizi sau peptide scurte care leagă în mod specific; un alt ARN proribosomal interactioneaza simultan cu proribosomal ARN catalitic, pro-pro-ARNm și ARNt (vezi. fig. 3). Un astfel de sistem este deja capabil de a sintetiza lanțul polipeptidic printr-o reacție catalizată de ea transpeptidazei. Printre alte proteine catalitic active - enzime primare (enzime) - au apărut și proteine, care catalizează polimerizarea nucleotidelor - replicază sau polimerază NC [3].
Cu toate acestea, este posibil ca ipoteza unei lumi ARN vechi ca un precursor al lumii moderne de viață și să nu fie în măsură să obțină o justificare suficientă pentru a depăși dificultățile principale -. Plauzibilă descrierea științifică a mecanismului de tranziție a ARN-ului si replicarea acestuia la sinteza proteinelor [3]
În concluzie, aș dori să adaug o afirmație foarte reconfortant că „lumea“ a ARN-ului este doar una dintre ipotezele pe care acumularea de cunoștințe și dezvoltarea de metode de cercetare pot fi înlocuite printr-o mai plauzibilă și rezonabilă. În acest stadiu de dezvoltare a științei, se pare puțin probabil ca omenirea ar putea rezolva în cele din urmă misterul originii vieții. Fără îndoială, rămâne faptul că oamenii nu vor renunța niciodată indicii sale. La urma urmei, capacitatea de a cunoaște și schimba lumea - este cel mai important „mutație“, care conduce o specie de primate, ultimele milioane de ani, de a fi supus voinței tuturor fostelor „rude“ și care să permită mândrie să fie numit rege al naturii.
Referințe
AI Oparin Viața, natura, originea și dezvoltarea / AI Oparin. - 2nd ed. mărită. - M. Nauka, 1968. - 173 p.