Книга знаний

Рекламное место пустует
О жизни

Происхождение жизни

Происхождение первых клеток из простых репликаторов. Переход от РНК-мира к белковому. Ключевая роль сплайсинга РНК как производящей фабрики.Автор статьи: Волшебник | Редакторы:
Последняя редакция №13 от 18.11.10 | История
URL: http://kb.mista.ru/article.php?id=816

1. Вначале был органический бульон, в котором возник РЕПЛИКАТОР. Это уже жизнь.
Возник он очень просто, естественным путём. Представьте древнюю Землю. На ней есть вода со всякими простыми органическими соединениями (нуклеотиды, аминокислоты), которые не могут себя реплицировать. На ней есть горячие источники рядом с вулканами. Она крутится вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси, таким образом на ней есть день и ночь. Этого достаточно.

А теперь совершается чудо.

В воде нуклеотиды (А, Г, У, Ц) под действием ультрафиолета соединяются в цепочку ковалентными связями. Чистая химия. Солнышко заходит - вода остывает. Цепочка перестаёт наращиваться и начинается сборка второй цепочки из свободных кирпичиков-нуклеотидов. Они соединяются достаточно слабыми водородными связями по принципу комплементарности.

Наступает день - солнышко нагревает воду до температуры ~80 градусов по Цельсию (горячий же источник) и водородные связи разрываются. Образуются две отдельные, но комплементарные цепочки. Солнышко светит ультрафиолетом, цепочки наращиваются ковалентными связями со следующими нуклеотидами. Наступает ночь - водичка остывает. Цепочки ещё раз присоединяют комплементарные кирпичики. И понеслась: ночью присоединяют кирпичики, днём расходятся, ночью опять кирпичики, днём расходятся. Получилась РЕПЛИКАЦИЯ. Естественным путём.

Простой пример. Допустим, у нас есть короткая РНК-цепочка: АГУЦ. Ну скажем днём наросла случайной комбинацией атомов (вероятность вполне реальная).

Ночью она создаёт комплементарную цепочку
АГУЦ
УЦАГ

Днём водичка нагревается, водородные связи разрываются и она расходится на две цепочки: АГУЦ и УЦАГ

Следующей ночью она опять создаёт комплементарную цепочку, только уже две:
АГУЦ
УЦАГ

и

УЦАГ
АГУЦ

Днём они расходятся и начинают наращиваться под действием ультрафиолета.
АГУЦАГУЦ
УЦАГУЦАГ

И понеслась репликация...

2. Дальше возникают рибозимы.
Теперь цепочка удлиняется и начинает соединяться комплементарными связями сама с собой. Один конец соединяется с другим. Или там вторая четвертинка соединяется с предпоследней четвертинкой. В результате мы имеем вторичную структуру молекулы, которая сворачивается определённым образом и обладает каталитическим свойством. Она ускоряет собственную репликацию (или репликацию несвернувшихся соседей). Как именно это было, может никто не узнает, ну допустим, что теперь репликация ускорилась. Раньше было 2 цепочки в сутки, а теперь стало 2000 цепочек в сутки. Ускорение химической реакции в тысячу раз - это ерунда. Современные белковые ферменты ускоряют химические реакции в миллионы и сотни миллионов раз, но до них мы ещё доберёмся. Короче, процесс УСКОРЯЕТСЯ. Репликация ускорилась неимоверно и перестала зависеть от смены дня и ночи, хотя и нуждалась в постоянном притоке энергии от горячей воды и ультрафиолета солнышка.

3. Мутации и естественный отбор. Мы уже имеем древний фотоаппарат/ксерокс, который размножает молекулы по принципу Позитив-Негатив-Позитив. Но бывают ОШИБКИ. Не всегда комплементарность соблюдается на 100%. Отсюда получаем разнообразие. Начинает действовать естественный отбор: из всего многообразия выживают только те, кто умеет копироваться и делает это БЫСТРЕЕ, т.е. обладает более совершенной каталитической способностью собственной репликации.

4. Теперь допустим, что одна из «ошибочных» копий репликатора приобрела способность разрезать сама себя (самосплайсинг). В этом нет ничего фантастического. Установлено, что некоторые молекулы РНК умеют разрезать сами себя. Проверено в пробирках.

Подведём промежуточные итоги. Получилась ПРОИЗВОДЯЩАЯ система, которая принципиально может произвести любой продукт в виде РНК-молекулы, в том числе катализирующей что-то (нас только такие и интересуют ибо жизнь есть фантастически ускоренная химическая реакция). Эта производящая система, или другими словами ФАБРИКА, начала производить (отрезать от себя) различные виды РНК, некодирующие белки. Сплайсинг стал очень разнообразным. Фабрика РНК-молекул постепенно расширяла свой ассортимент.

Благодаря нескольким ключевым событиям произошёл постепенный переход к белковому миру:
* Была произведена рибосомная РНК, которая составляет активный центр, катализирующий образование пептидной связи между аминокислотами. Сначала она работала без всякой программы, случайно соединяя аминокислоты.
* Были произведены транспортные РНК, доставляющие аминокислоты к проторибосоме и реализующие генетический код (нуклеотиды => аминокислоты). Белки стали производиться по программе, зашитой в РНК.
* Стали возникать нуклеопротеиды — комплексы из РНК и белков. Они стали усложняться за счёт всё новых белков.

Неэффективные рибозимы из РНК заменяются на эффективные белковые ферменты, произведённые по программе, зашитой в РНК. Повышается скорость и точность копирования РНК, точность воспроизведения белков.

Переход к белковому миру состоялся, но даже в наши дни РНК участвует в ключевых, жизненно важных процессах в каждой клетке.

Далее возникла ДНК, как надёжное средство хранения информации:
5. РНК превращается в ДНК путём замены одного нуклеотида (урацил на тимин) и одного сахара (рибозы на дезоксирибозу). Одноцепочечная РНК превращается в двойную спираль ДНК. Это повышает сохранность информации, химическую устойчивость, а также даёт возможность исправлять ошибки, восстанавливая информацию со второй спирали по принципу комплементарности.

Постепенно возникает протоклетка:
6. Вся фабрика окружает себя липидной мембраной и выходит за рамки какой-то пористой минеральной структуры типа глины.
7. Ядро отделяется от остальной части клетки (эукариоты). Синтез белка (рибосомы) выносится из ядра. В ядре остаются ДНК и процессинг всех видов РНК, включая информационные (матричные) и некодирующие (рибосомные, транспортные, регуляторные и пр.).
8. Повышается разнообразие белков, происходит дальнейшее увеличение точности и скорости копирования ДНК за счёт белковых ферментов. Возникает сплайсинг белков
9. Появляются различные органоиды клетки, состоящие из белков. Они специализируются на своих функциях, участвуя в общем процессе копирования репликаторов. Главная цель остаётся прежней – копирование репликаторов, более быстрое и более точное.

Эпоха сотрудничества и конкуренции:
10. Одноклеточные начинают кушать друг друга, возникают первые хищники.
11. Происходит симбиогенез больших одноклеточных с малыми одноклеточными: митохондриями и хлоропластами.
12. Появляются простые многоклеточные, состоящие из одинаковых или очень похожих одноклеточных.
13. Начинается специализация за счёт регулирования экспрессии генов. Происходит генерация соматических клеток для образования различных тканей многоклеточного организма. Для соматических клеток устанавливается предел деления – предел Хейфлика. Выделяются половые клетки.
14. Появляются виды, далее читаем Дарвина.

Извините, что не уложился в одну неделю Творения, но две недели тоже вполне неплохо, ИМХО.
Закладка

Описание | Рубрикатор | Поиск | ТелепатБот | Захваченные статьи | Установки | Форум
© Станислав Митичкин (Волшебник), 2005-2011 | Mista.ru

Яндекс.Метрика