Полная версия

Главная arrow Экология arrow Ключ к генетическому коду в структуре объединенных молекул воды

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

КЛЕТКА - ОСНОВА ЖИЗНИ. РОЛЬ ВОДЫ В ЖИВОЙ КЛЕТКЕ

Организм состоит из клеток. Клетки разных организмов обладают сходным химическим составом. В таблице 5.1. представлены основные химические элементы, обнаруженные в клетках живых организмов.

Таблица 5.1.

Элемент

Количество, %

Элемент

Количество,%

Кислород

65-75

Кальций

0,04-2,0

Углерод

15-18

Магний

0,02-0,03

Водород

8-10

Натрий

0,02-0,03

Азот

1,5-3,0

Железо

0,01-0,015

Фосфор

0,2-1,0

Цинк

0,0003

Калий

0,15-0,4

Медь

0,0002

Сера

0,15-0,2

Йод

0,0001

Хлор

0,05-1,0

Фтор

0,0001

Клетка обладает способностью размножаться путём деления. Для этого ей требуются благоприятная среда с питательными веществами. Клетка строит из питательных веществ свои структуры, увеличиваясь в размерах. Затем она делится на две клетки.

В зависимости от строения клеток все организмы делятся на две большие группы. Прокариоты - в основном это бактерии (организмы не имеющие клеточного ядра). Эукариоты, к которым относятся растения, животные и многие одноклеточные организмы, обладающие клеточным ядром.

По содержанию в клетке можно выделить три группы элементов. В первую группу входят кислород, углерод, водород и азот, На их долю приходится почти 98% всего состава клетки. Во вторую группу входят калий, натрий, кальций, сера, фосфор, магний, железо, хлор. Их содержание в клетке составляет десятые и сотые доли процента. Элементы этих двух групп относят к макроэлементам (от греч. макрос- большой). Остальные элементы, представленные в клетке сотыми и тысячными долями процента, входят в третью группу. Это микроэлементы (от греч.лш7фб>-малый). Все перечисленные химические элементы входят и в состав неживой природы. Это указывает на единство живой и неживой природы. Макроэлементы первой группы составляют основу биополимеров - белков, углеродов, нуклеиновых кислот, а также липидов, без которых жизнь невозможна. Сера входит в состав некоторых белков, фосфор - в состав нуклеиновых кислот, железо - в состав гемоглобина, а магний - в состав хлорофилла. Кальций играет важную роль в обмене веществ. Часть химических элементов, содержащихся в клетке, входит в состав неорганических веществ - минеральных солей и воды.

Из неорганических веществ в живой природе огромную роль играет вода. Она составляет значительную массу большинства клеток. Много воды содержится в клетках мозга и эмбрионов человека более 80%; в клетках живой ткани - всего 40%. Вода играет большую роль в химических реакциях, протекающих в клетке в водных растворах. Она растворяет ненужные организму продукты обмена веществ и тем самым способствует выводу их из организма. Большое содержание воды в клетке придает ей упругость. Вода способствует перемещению различных веществ внутри клетки или из клетки в клетку.

Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Свободная вода представляет собой на молекулярном уровне динамичную, вечно подвижную субстанцию (модель «мерцающих кластеров»). Выходит, что для получения достоверного знания о воде надо как-то застабилизировать ее молекулу, привести её в относительно застывшее состояние, то есть закристаллизовать. Действительно, структура льда изучена несравненно точнее, чем водная. Свободная вода, в сущности, это «развязанная» в матричные ледяные цепочки талая вода. Связанную воду клеток живых организмов называют квазикристаллической, так как по ряду характеристик она близка ко льду. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4-5% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями. Вода выполняет в клетке многие функции. Она способствует сохранению объема и упругости клетки, выполняет роль растворителя - вещества растворимые в воде называются гидрофильными. Вода выполняет функцию реагента, участвуя во многих химических реакциях полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза. Она выполняет транспортную функцию, обеспечивая передвижение по организму вместе с водой растворенных в ней веществ к различным его частям и выведение ненужных продуктов из организма. Вода это термостабилизатор и терморегулятор - обеспечивая высокую теплоемкость и ослабляя влияния на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде. Упорядоченность структуры внутриклеточной воды представляет собой ее наиболее устойчивое состояние в условиях клетки и вполне соответствует термодинамическим представлениям.

В некоторых источниках отмечается, что значение х (в формуле (Н20)х) при комнатной температуре может достигать от 1 до 4-х единиц, то есть, каждая молекула воды может быть связана не более чем с четырьмя молекулами. Кстати, если бы удалось каким-то способом повысить степень агрегации обычной воды до х>4, то ее температуры кипения и замерзания также повысились бы. Но ничего подобного пока не наблюдается, что является еще одним доказательством того, что степень агрегатного структурирования воды не превышает четырех молекул.

Обычная вода представляет собой смесь 50% Н20 + 50% (Н20)2.4 и имеет температуру кипения +100 С. Информационно - структурированная вода якобы содержит 100% (Н20)912, но температура кипения ее также равна +100 . Странно, что при такой колоссальной разнице структур, никому не удалось заметить какой либо разницы между температурами кипения, замерзания и другими физическими и прочими свойствами этих вод. Это требует, естественно, принципиального и серьезного объяснения, но сторонники энергоинформационного структурирования по этому факту продолжают хранить молчание. Поэтому в дальнейшем будем строить логическую цепочку рассуждений только на доказательствах. Для этого вначале определим размерности молекул воды и их структур. Так, при температуре +20 С тонкая пленка воды составляет единицы нанометров. (1нм =10 9м.). Диаметр двойной спирали ДНК составляет 2 нм. Расстояние между соседними парами оснований вдоль спирали составляет 0,34 нм. Длина молекул ДНК достигает сотен тысяч нанометрорв. Размер большинства вирусов колеблется в пределах от 10 до 100 нм.

В жизнедеятельности клеток вода играет особо важную роль. При потере воды клетка погибает. Значительная часть химических реакций, протекающих в живой клетке может проходить только в водных растворах. Вода является источником необходимого организму кислорода и водорода. Вода обеспечивает ток крови и лимфы как в клетке, так и в организме. Содержимое клетки представляет собой разбавленный водный раствор электролитов.

С открытием рентгеновских лучей и развитием рентгеноструктурного анализа уже в прошлом веке начался второй этап исследований структуры воды. Первые же работы П. Дебая показали, что жидкая вода ближе по своей структуре к твердым телам, а не к газам, как то предполагал Ван-дер-Ваальс, поскольку в размещении молекул воды явно прослеживалась некоторая регулярность -ближний порядок, характерный для твердых тел. Первая рентгенограмма воды была получена в 1922 году и отражала только положение атомов кислорода со средними расстояниями между ними 0,28 нм. В конце 20-х гг. была определена тетраэдрическая координация молекул в структуре льда, где каждая молекула окружена четырьмя другими. Но только в 1933 году удалось установить, что главным виновником аномальных свойств воды являются направленные Н - связи, которые играют важную роль и в химии органических соединений. На этой основе Дж. Бернал и Р. Фаулер построили принципиально новую модель структуры жидкой воды исходя из «однобокого» расположения протонов внутри электронного облака иона кислорода, определяющего сильный электрический момент молекулы воды. Об этой модели, мы уже упоминали выше. Выяснилось, что структура воды обусловлена распределением зарядов самой молекулы Н20 по углам тетраэдра. Чтобы попытаться найти истоки жизни и понять откуда они взяли начало, их необходимо связывать только с происхождением Земли.

Существует мнение, что причиной самоорганизации биологических структур является броуновское движение органических молекул. Напомним, что броуновское движение - это беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды (открыто Р.Броуном в 1827 году).

Бертил Якобсон в 1953-1955 гг. предложил свою «гипотезу структуры воды», пытаясь объяснить диэлектрическое поведение водных растворов макромолекул. Он писал: «Если на поверхности макромолекулы имеется много атомов кислорода и азота, причем их расположение идеально соответствует пространственной решетке воды это производит сильный эффект упорядочивания и создания почти идеальной структуры, где каждая молекула воды соединена с четырьмя другими». Для сохранения жизнеспособности во всех клетках должны быть системы репарации, снижающие количество повреждений ДНК. Как правило, повреждение автоматически устраняется, но иногда оно остается в виде стойкого изменения генетического материала - мутации. ДНК находится в ядре, но закодированные в ней команды копируются и разносятся во все части клетки.

Схематическое изображение растительной клетки представлено на рис. 5.1.

В клетке есть органеллы, выполняющие одну функцию, есть органеллы многофункциональные. Многофункциональными органеллами являются митохондрии. У них имеется собственная постоянная память и центры по выработке ферментов. Митохондрии - энергетические фабрики клетки. Все живые клетки обладают способностью превращать энергию окружающей среды в общий интермедиат -аденозинтрифосфат (АТФ).

Схематическое изображение растительной клетки 1 - митохондрия; 2 - живое включение; 3 - хлоропласт

Рис. 5.1 Схематическое изображение растительной клетки 1 - митохондрия; 2 - живое включение; 3 - хлоропласт;

  • 4 - аппарат Гольджи; 5 - цитоплазма; 6 - вакуоль;
  • 7 - плазматическая мембрана; 8 - эндоплазматическая сеть (гладкая); 9 - хлоропласт; 10 - микротрубочки; 11 - эндоплазматическая сеть (шероховатая); 12 - ядрышко; 13 - конденсированный хроматин;
  • 14 - ядерная мембрана; 15 - пора ядерноймембраны;
  • 16 - клеточная стенка.

Четверть клетки занимают органеллы - рибосомы. В каждой клетке тысячи рибосом. С помощью рибосом из 20-ти аминокислот синтезируются все белки, в соответствии с программой, заложенной в постоянной памяти клетки (генетической памяти). Итак, синтез белковых молекул (основных «рабочих механизмов жизни») осуществляется на особых молекулярных машинах - рибосомах. Перенос информации с ДНК на рибосомы осуществляется специальной формой макромолекул - информационной РНК. Структура, форма, размеры белков разнообразны, но все они имеют функционально унифицированные «рабочие» элементы [65].

Органеллы лизосомы очищают клетки от побочных продуктов жизнедеятельности. Есть органеллы, синтезирующие ферменты. Некоторые органеллы расщепляют продукты, поступающие в клетку, другие осуществляют синтез веществ, необходимых для жизни клетки. Органелла Гольджи производит сортировку макромолекул, являющихся продуктом других органелл, направляет балки к клеточной мембране и другим частям клетки.

Внутри ядра расположены тела, которые назвали хромосомами. Ген - это участок хромосомы, содержащий инструкции по сборке одного из белков. При этом двойная спираль на время расплетается, и ее кодовая информация «переписывается» (копируется) в виде другой молекулы. Копия выходит из ядра в цитоплазму. Там по ней, как по шаблону, собирается тот или иной белок -фермент. Молекула ДНК очень длинная и нередко повреждается под влиянием факторов внешней среды или в результате ошибок в работе различных систем клетки в генетическом материале.

Хромосомы содержат моносахарид (пентозу), остаток фосфорной кислоты (фосфат) и азотистые основания. Это вещество получило название нуклеиновая кислота. Пентоза, остаток фосфорной кислоты и азотистое основание образуют мономерную (элементарную) единицу, называемую нуклеотидом. Ядро клетки -отделение, где хранится информация о строении живого организма (генетический код). В ядре осуществляются процессы синтеза рабочей памяти на основе РНК и многих органелл и ферментов.

В ядре клетки выделяют ядрышко - специфическую структуру, исчезающую при делении клетки. В ядрышке формируются белки, входящие в рибосомы.

В каждом ядре содержится определённое число хромосом. Перед клеточным делением каждая хромосома делится, так что получаются две новые хромосомы, совершенно такие же, как и исходная. Этот процесс (впервые его наблюдал в 1879 г. Флемминг) ведёт к удвоению числа хромосом в ядре. При делении ядра две одинаковые хромосомы из каждой пары хромосом расходятся по двум дочерним ядрам. В результате этих событий (объединяемых теперь под общим названием митоз) каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, точно такой же, как и у исходной родительской клетки [66].

Клетки обязательно имеют мембрану, ограничивающую пространство клетки и обычно содержат ядро, также окруженное мембраной. Элементами мембраны являются фосфолипиды, гликолипиды, гликопротеиды и белки. Внешняя мембрана отделяет клетку от других клеток и окружающей среды. Пространство между ядром и мембраной называют цитоплазмой. В цитоплазме различают некоторые образования, ограниченные внутренними мембранами. При этом структурную основу биологической мембраны составляет, как правило, двойной слой фосфолипидов, инкрустированный периферическими и интегральными белками. В клеточную мембрану встроены транспортные системы, включающие в себя ионные насосы и молекулы - переносчики. Мембраны позволяют поддерживать определенный состав среды в цитоплазменных компартментах. Для ионов и гидрофильных веществ мембрана выступает как молекулярное сито.Чем больше размер частицы, тем меньше проницаемость мембраны для этого вещества.

Блок - схема биологической мембраны представлена на рис.5.2.

Гликопротсмн

Внеклеточное

пространство

Олигосахарид

Iликилинид

Периферический мембранный белок

Фосфолипид

Липидный

бислой

мембранный

Цитоплазма

белок

белок

Рис.5. 2. Блок - схема биологической мембраны

Липиды (от греч. НроБ - жир), обширная группа природных органических соединений включающая жиры и жироподобные вещества содержатся во всех живых клетках. Липиды - один из основных компонентов биологических мембран. Молекулы липидов способны иметь диаметр, равный диаметру молекулы воды. Появления таких структур на Земле могли, по мнению ученых, создавать первые комплементарные структуры. Водно-липидная и липидно-водная структуры объединяясь могли выступать в качестве части клеточной мембраны первых биологических объектов. Благодаря близким значениям воды и липидов водный кластер, содержащий три молекулы воды, способен поднять вверх одну молекулу липида. Если же водные кластеры содержат четыре и более молекул воды могут

поднимать липидные молекулы больших размеров. Плотность современных липидов колеблется от 908 г/см3 (рапсовое масло) до 961 г/см3 (бараний жир).

В результате исследований было выявлено, что через мембрану внутрь клетки могут проникать без проблем микрокластеры размером до гексагонального, не больше. Вокруг здоровых белковых молекул формируется каркас из гексагональных кластеров воды. Многие источники указывают на то, что вода поддерживает и оздоравливает молекулу ДНК, группируясь вокруг нее. Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями четыре (простой тетраэдр) или пять молекул Н20 (объемно-центрированный тетраэдр).

Мембрана умеет механически втягивать в клетку большие молекулы и микроскопические частицы. Толщина мембраны ~ 100 англтрем (0,01 микрона). Биофизики считают, что размер (диаметр) клетки = 500 ангстрем. Внутри мембраны находятся генетический материал в виде ДНК, белоксинтезирующий аппарат с центральной структурой в виде рибосом, переносчика информации с ДНК в центральную структуру белоксинтезирующего аппарата. Белки транспортируются к мембранам и проходят через них. Способность к свертыванию и развертыванию белковых структур является характерной особенностью всех клеток. Конфигурация молекул белков определяется их первичной структурой. Однако, в большинстве случаев, нативная конформация не возникает самопроизвольно. Для этого необходимо участие шаперонов. Молекулярные шапероны связываются с белками и обеспечивают образование их нативной структуры. Движущей силой при формировании нативной структуры белка являются гидрофобные взаимодействия. Гидрофобные домены способны связываться друг с другом, а не оставаться в водном окружении. Однако гидрофобные домены могут связываться неправильным образом, что приводит к дефектной нативной структуре белка или к его агрегации при взаимодействии с другими белками. Структурные перестройки могут повторяться до тех пор, пока белок не приобретет правильную нативную конфигурацию. Шапероны очень активны и составляют основу системы контроля структуры белка.

Клетки могут взаимодействовать, передавая друг другу вещества для пластического и энергетического обмена. Однако есть и другие возможности «общения» клеток с целью передачи информации. Существует два варианта передачи информации от одной клетки к другой. Первый - с помощью электрических сигналов, своего рода азбуки Морзе. В этом случае короткие электрические импульсы передаются от одной клетки к другой, изменяя её работу. Второй -возможность передачи информации при помощи специальных сигнальных веществ, выделяемых одной клеткой, достигающих других клеток и влияющих на их жизнедеятельность. Однако сигнальные вещества воздействуют только на те клетки, в которых есть особый распознающий их аппарат - рецепторы. Передача информации с помощью сигнальных веществ осуществляется двумя способами. Первый способ выделяемое одной клеткой регуляторное вещество - информон воздействует на соседние с ней клетки. Второй способ передачи информации -информоны, выделяясь из клеток желез, доходят до регулируемых ими клеток с током крови, т.е. гуморально (от лат. humor - жидкость) и называются гормонами [67].

Ключевые биомолекулы, обеспечивающие процессы жизнедеятельности, способны не только к самоорганизации - образованию двойной спирали ДНК, но и распознаванию других молекул и частиц. Классическим примером молекулярного распознавания являются иммунные реакции, когда в ответ на попадание в организм чужеродных веществ (антигенов) в нем включается синтез специальных белков (антител), предназначенных для селективного связывания и нейтрализации антигенов [68].

Американским ученым К.Вентером была выдвинута идея создания жизнеспособного организма с минимальным набором генов. Решение этой проблемы необходимо для понимания происхождения жизни на Земле, что включает в себя изучение путей генетической эволюции и механизма происхождения геномов как таковых. Такую генетическую единицу вполне можно было бы назвать «элементом жизни» - «минимальной» клеткой. Речь идёт о создании клетки, содержащей только гены необходимые для поддержания жизни в её простейшей форме, то есть «минимальный» геном. Предполагаемый минимальный набор генов (по последним расчетам группы Вентера - от 310 до 388 генов) должен включать следующие жизненно важные генетические системы микроорганизмов, среди которых: гены трансляции, репликации, репарации, транскрипции; гены, контролирующие анаэробный метаболизм; гены биосинтеза липидов; гены системы транспорта белков; набор генов, обеспечивающих транспорт метаболитов; полный набор генов утилизации нуклеотидов и гены их биосинтеза. По аналогии в химии такой же простой единицей является атом водорода. «Минимальной» клетки пока не существует, а организм с синтетическим геномом уже живёт и размножается в лаборатории института Крейга Вентера. Это обыкновенная бактерия, которая отличается от прочих только тем, что её ДНК синтезирована «в пробирке» [69].

Бактерия - самая примитивная, сама себя питающая клетка. Это студенистая заполненная жидкостью оболочка, которая перерабатывает простые химические вещества (водород, кислород, углерод и азот) в сложные органические соединения - белки и углеводы. Данными процессами в клетке, как известно, управляет органическое вещество - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Кроме того, ДНК обладает еще одним важным свойством. Она может воспроизводить самое себя.

Каждая молекула ДНК напоминает винтовую лестницу, где цепочки атомов образуют боковые стороны с перемычками («ступеньками»), расположенными через равные промежутки. Вся молекула при необходимости может раздваиваться, при этом «ступеньки» разделяются посередине. После раздвоения спирали укороченные «ступеньки» восстанавливают себя, притягивая другие вещества, которые, присоединяясь, образуют недостающие половинки «лестницы». Таким образом, из одной спирали получается две. Этот простой прием является сущностью жизни. Так одноклеточный организм растет и воспроизводит себя, расщепляясь посередине и копируя при этом свой внутренний химический процесс.

Все известные на Земле живые организмы, а также ископаемые формы жизни в определенном смысле химически одинаковы: белки, нуклеиновые кислоты, жиры, сахара и ряд других биологически важных молекул, построенных из органического круга элементов. Это так называемые абсолютные органогены, среди которых центральное место занимает углерод. В число абсолютных органогенов входят также кислород, азот, водород, сера, калий, фосфор, кальций и магний.

Преимущественно из органогенов: кислорода, углерода, водорода и азота и построены органические вещества - белки, жиры, углеводы, ферменты, гормоны, витамины и продукты их превращений.

По всей видимости, именно абсолютные органогены способны в процессе эволюции образовывать живые системы. Хорошо известно, что именно водород является основным элементом Вселенной. И потому, рассматривая нормальное содержание элементов во Вселенной, мы приходим к идее водно-углеродного шовинизма. Однако наблюдательные данные астрономии служат серьёзной поддержкой того положения, что если где-либо ещё, кроме Земли, во Вселенной и существует жизнь, то в основе её должна лежать химия углерода.

Функционирует всё живое по принципу «само...»: самосборка, самоорганизация, самосохранение, самоподдержание, самообеспечение, саморазвитие и прочее «само...» [65].

Однако, используемый термин «самовоспроизведение» по-видимому, не очень удачный. Но коль скоро такой термин существует и им пользуются многие ученые, я бы хотел внести в него некоторый уточняющий смысл. За все время существования галактики ни одна из известных нам молекул не «самовоспроиз-водилась». Если мы возьмем изолированную молекулу ДНК, изолированную клетку, то ни о каком «самовоспроизведении» не может быть и речи. Поэтому гораздо целесообразней использовать менее обязывающие формулировки, а именно: воспроизведение, снятие копий. Итак клетка умеет очень много, мы в этом убедились. И всё-таки основной признак жизни - размножение и воспроизведение.

В основе работы клетки лежит механизм матричного синтеза белка. В каждой живой клетке ежесекундно протекают сотни химических реакций благодаря участию в них биологических катализаторов - веществ, увеличивающих скорость реакций. Они называются ферментами. Без них остановилась бы жизнь.

Таким образом, живые системы отличаются от любых неживых систем, устройств и машин наличием непревзойденного регулирующего механизма, обеспечивающего в определенных условиях воспроизведение системы. При всей своей невообразимой сложности механизм снятия копии обладает исключительной надежностью и практически идеальной координацией во времени и пространстве. Неживая природа не знает ничего подобного. В соответствии с такой способностью жизнь можно признать как состояние материи, характеризующееся незримой способностью осуществлять координационный во времени и пространстве непрерывный процесс образования копий со структурных единиц (клеток).

Поражает прежде всего временная сбалансированность всех процессов, проходящих в нормальных условиях в живой клетке. Очевидно, что этот механизм является результатом длительной эволюции и не мог появиться внезапно. Но, к сожалению, ранние биологические механизмы природой утеряны. В этом и состоит трудность при попытках построить эволюционную схему от молекул к клетке и от клетки к генетическому коду.

Значительное внимание уделяется изучению стволовых клеток. Это недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. С них и начинается развитие. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерных для данного белкового вида. Дифференцировка клеток происходит не только в эмбриональном развитии, но и во взрослом организме (при кроветворении, сперматогенезе, регенерации поврежденных тканей).

В человеческом организме их более 220. В процессе старения организма их количество уменьшается.

Последние исследования показали, что у каждой клетки есть не только программа развития, предопределенная ДНК, но и способность сопротивляться разрушающим воздействиям или противостоять им, сохраняя свою индивидуальность. Пока не будет известно, как именно клетка принимает решения, управлять ею будет невозможно.

Один из известнейших русских эволюционистов Александр Опарин писал: «К сожалению, возникновение живой клетки остается самым темным вопросом, затягивающим в себя всю теорию эволюции». А геохимик Джеффри Бада из Института Сан-Диего Скрипе отмечает: «Вопрос возникновения жизни до сих пор остается самой большой тайной».

В этом разделе мы довольно подробно разобрали структуру живой клетки и функции ряда её составных элементов. Но как создавалась сама клетка и какова роль воды в её формировании?

Все организмы дискретны в пространстве и имеют наружную оболучку. В своей начальной стадии жизнь существовала в виде растворов. Как известно, вода является хорошим растворителем. Для того, чтобы не раствориться полностью эти начальные стадии жизни, так называемые «живые растворы» должны были задерживаться в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Некоторые минералы (например, пирит) является неплохим катализатором для многих биохимических реакций. Кроме того поверхность минералов могла служить своеобразной матрицей, основой, к которой прикреплялись молекулы РНК. Упорядоченная структура кристаллов помогла упорядочить и структуру этих молекул, придать им нужную пространственную конфигурацию. Но рано или поздно преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками - перейти от доорганизованного уровня к организованному. Идеальным материалом для таких оболочек являются липиды (жиры), молекулы которых способны образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще образуется множество мелких пузырьков - водяных капелек, покрытых двухслойной липидной оболочкой (мембраной). Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ. Липидные мембраны обладают избирательной проницаемостью: одни молекулы сквозь них проходят, другие -нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи - накапливаются внутри. Правда, для того, чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы - белки или РНК.

Изучением свойств водно-липидных капель (коацерватов) занимался академик А.И.Опарин. Он считал, что коацерваты были одним из этапов на пути возникновения жизни. Опарин обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут расти и даже «размножаться» делением.

Первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путём. Впоследствии они могли вступить в симбиоз (взаимовыгодное сожительство) с «живыми растворами» - колониями само-воспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов. Подобное сообщество уже можно называть организмом. У всех живых существ до сих пор в синтезе липидов важнейшую роль играет коацерват А, представляющий собой не что иное, как модифицированный рибонуклеотид. Это еще одно напоминание об РНК - мире.

Камнем предкновения для теории РНК-мира в течение некоторого времени была неспособность молекул РНК эффективно взаимодействовать с липидными мембранами. Однако, недавно было показано, что комплексы из нескольких разных молекул РНК и ионов кальция способны не только прикрепляться к мембранам, но и регулировать их проницаемость.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>