Содержание
Коацерваты
Много лет назад А. И. Опарин высказал предположение, что в первичном океане образовались капли, содержавшие макромолекулы; эти капли были названы им коацерватами. Такие микроскопические капли описал Бундерберг де Ионг. Обычно они возникают при смешивании растворенных веществ, несущих разные электрические заряды. Сохранялись только те капли, которые были приспособлены к существовавшим тогда условиям. Возможно, они погружались на дно, и это защищало их от губительного действия ультрафиолетового излучения.
Коацерваты Бунгерберга представляют собой статические системы, но в первичном океане постепенно смогли развиться "динамические" капли, стабильность которых увеличилась за счет сбалансированного поступления и выделения компонентов. Внутри капель концентрации растворенных веществ, например, аминокислот, могли быть гораздо выше чем в окружающей их водной среде, поэтому реакции протекали в них довольно быстро. Эти реакции, возможно, были более специфичными, чем в разбавленных растворах; в некоторых каплях, по-видимому, имелись катализаторы, предшественники ферментов. Позднее некоторые капли приобрели способность реагировать на изменения, происходящие во внешней среде, соответствующими компенсаторными изменениями. Для поддержания динамического состояния и для регуляции требовался источник свободной энергии.
Многочисленные работы, в которых исследовалось поведение искусственных коацерватов в различных условиях были выполнены А. И. Опариным и его сотрудниками. Поразительные данные были получены в одном из экспериментов: капли, содержавшие фосфорилазу, синтезировали крахмал из имевшегося в среде глюкозо-l-фосфата по мере его диффузии из среды внутрь капель. Если в состав капель вводили, кроме того, амилазу, то крахмал гидролизировался до мальтозы, которая путем диффузии выделалась наружу.
Коацерваты, изучавшиеся Опариным, образованы биогенными макромолекулами. Вот почему Бернал предположил, что коацерваты могли возникнуть только на более позднем этапе эволюции. Однако Эррера смог получить микроскопические капельки из небиогенных макромолекул, инкубируя растворы тиоцианата аммония и формальдегида; по мнению Эрреры, подобные капельки могли существовать в первичном океане.
Опарин предположил, что аминокислоты, нуклеотиды и прочие органические молекулы, образующиеся абиогенным путем, могли спонтанно полимеризоваться, а полимеры, в свою очередь, прилипали друг к другу, образуя крупные комплексы, называемые коацерватами. (Мне случалось работать с белками и прочими биомолекулами, и я не наблюдал никакой коацервации. Тем не менее, доверюсь Опарину – вероятно, дело в условиях опыта.) Коацерваты росли, присоединяя к себе новые органические молекулы, и могли разделяться на части в результате случайных механических воздействий. Те из них, которые росли быстрее, обладали преимуществом в естественном отборе, и постепенно вытесняли более медленные коацерваты, что и стало причиной для эволюционного развития. Эта эволюция и привела, в конце концов, к возникновению «целесообразных» биомолекул и живой клетки.
За последней фразой скрывается большинство неотвеченных вопросов «как?» Теория просто предполагает, что вот начнется естественный отбор, и все само собой устроится. Поэтому теория Опарина видится мне скорее философским размышлением, чем реальной теорией.
Кроме того, в этой теории не сходится один очень важный момент. Опарин полагает, что преимущества в росте достаточны для победы в естественном отборе. Увы, этого мало. Необходимо также, чтобы та неслучайная молекулярная структура, которая выполняет катализ и дает преимущество в росте, обладала способностью к самовоспроизведению. Без ее воспроизведения все преимущества пропадут уже в следующем поколении. Но Опарин не упоминает эту проблему. Сколько-нибудь простое воспроизведение возможно лишь на основе нуклеиновых кислот. В издании 1968 г. Опарин рассматривает возможную роль нуклеиновых кислот, обладающих свойством «самокомплементарности» (т.е. позволяющим копирование), но отклоняет ее, как маловероятную.
Без этой маленькой детали, способности к самовоспроизведению, вся теория рассыпается. Любопытно, что русская Википедия отметила эту проблему как принципиальную, а английская (1, 2) ее не заметила – при том, что английская намного более подробна. Есть все-таки какие-то преимущества у русского менталитета!
Тем не менее, отдадим должное теории Опарина, как первой попытке представить возникновение жизни на молекулярном уровне. Она имела огромное значение для популяризации этой проблемы.
Теория Опарина сильно опередила свое время, с чем связаны и ее сила, и ее слабость. Во время ее появления, в 1924 г., о молекулярном устройстве клетки не знали и малой доли того, что известно сейчас. Не был раскрыт механизм наследственности; полагали, что он основан на белке, а не ДНК. То есть, еще не было знания, позволяющего построить серьезную теорию. С современных позиций, теория Опарина более похожа на картонный макет, чем на работающий механизм. С другой стороны, простота этой теории позволила ей завоевать множество сторонников, как в нашей стране, так и за рубежом. Она попала в школьный курс, и оттуда в народное сознание.
Что уж совсем подтверждает народность этой теории – появились ее пересказы и толкования, довольно далекие от оригинала, но неизменно использующие слово коацерват. Так, прочтя когда-то один из таких пересказов, я долгое время полагал, что коацерваты – это жировые капельки. Между тем, о липидных (жировых) мембранах Опарин говорит вскользь и скептически.
Стоит отметить, что впоследствии Опарин застал открытие роли ДНК (1943) и ее двуспиральной структуры, предполагающей легкость копирования (1953), и даже расшифровку генетического кода в начале 1960-х. Кое-что из этих достижений упомянуто в последней редакции теории от 1968 г., но всерьез не было принято. Впрочем, не будем забывать, что в те годы наша страна была довольно-таки изолирована от мира, где совершались эти открытия, а генетика была объявлена лженаукой и продажной девкой империализма – что конечно не способствовало восприятию и развитию новых идей.
И еще пара штрихов, уже про Опарина лично. Недавно был в институте Биохимии им. А.Н. Баха, одним из сооснователей которого был Опарин. Я спросил: а каков был Опарин? Мне ответили: Опарин был барин. Всегда подтянут и элегантен, чем заметно выделялся среди рабоче-крестьянской генерации ученых.
Сильное впечатление оставляет формальное жизнеописание Опарина на сайте института Биохимии. В те времена, когда из наших граждан мало кто мог выбраться за границу, он со своей теорией объехал весь мир – как триумфатор.
Фокс получил из своих искусственных протеиноидов "микросферы", обрабатывая их водой или растворами соли. Правильно приготовленные микросферы устойчивы, однообразны и обладают определенной ультраструктурой. В некоторых случаях они имеют двуслойную оболочку и избирательно поглощают растворенные вещества путем диффузии. В гипер- или гипотонических растворах они соответственно сморщиваются или набухают. Микросферы могут расти путем аккреции и размножаться посредством почкования или сходных процессов, несколько напоминая этим микроорганизмы. На какой-то стадии их можно рассматривать как "протоклетки".
В исходных представлениях о коацерватах и микросферах не упоминалось о нуклеиновых кислотах. Авторы предполагали, что на этой ступени эволюции единственными информационными макромолекулами были белки. В таком случае позже белки утратили эту исключительную функцию. Но, конечно, можно предположить, что нуклеиновые кислоты содержались в коацерватах и микросферах, особенно в микросферах, состоящих из основных протеиноидов. Согласно представлениям Фокса, механизмы с участием нуклеиновых кислот возникли как "эволюционное усовершенствование" и теперь на какой-то стадии мог начаться поток информации в обоих направлениях между двумя типами макромолекул.
В противоположность Фоксу Оргель считает, что белки никогда не могли воспроизводить себя, а этим свойством обладали только нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды). Образование полинуклеотидов неферментативным путем, т. е. без участия белков, показано в опытах; например, полинуклеотиды могут синтезироваться путем конденсации подходящих производных оснований на матрице, образованной искусственным полинуклеотидом. Процессы такого типа, по-видимому, существовали уже на самых ранних этапах эволюции, и позднее протеканию этих процессов могло способствовать взаимодействие с не существующими информацию полипептидами или белками. Катализаторами, возможно, служили различные поверхности. Полупроницаемые мембраны вокруг первичных образований могли возникнуть только после того, как начался биосинтез, катализируемый ферментами, и когда потребовалось удерживать и защищать продукты этого биосинтеза. В химии атомы углерода имеют исключительную судьбу. Они могут взаимодействовать друг с другом, а также с водородом, кислородом, азотом и некоторыми другими атомами с образованием длинных цепей углеводородов или пятичленных и шестичленных колец. В природных условиях подобные углеродные соединения найдены только в живых или ископаемых организмах, и поэтому они были названы органическими веществами. Уже в конце столетия из живых организмов было выделено несколько "непосредственных начал", таких, как мочевина, щавелевая и яблочная кислоты. Поэтому в течение долгого времени полагали, что молекулы этого типа могут быть образованы только жизненными силами самих организмов. Однако к началу XIX в. из биологического материала были экстрагированы многие новые органические вещества и довольно много органических соединений. Их исследованием занимается наука биохимия. Молекулы жизни могут быть разделены на четыре основных класса: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. В настоящее время полагают, что в эволюционном процессе два последних класса молекул образовались позже и что жизнь возникла из неживой материи после появления белков и нуклеиновых кислот.
[[Файл:Aleksandr_Oparin_and_Andrei_Kursanov_in_enzymology_laboratory_1938.jpg|мини| Автор коацерватной теории А. И. Опарин (справа) в лаборатории энзимологии, 1938 год]] Коацерват (от — «собранный в кучу») или «Первичный бульон» — многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией коллоида (разведённого вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава.
== Коацервация == Коацервация — расслоение коллоидной системы с образованием коллоидных скоплений коацерватов в виде двух жидких слоев или капель. Коацервация может возникать в результате частичной дегидратации дисперсной фазы коллоида, являясь начальной стадией коагуляции.
Сущность явления коацервации заключается в отмешивании из однородного коллоидного раствора слоя или капель, связанном с переходом от полного смешивания к ограниченной растворимости.
== Коацерватные капли == Коацерватные капли — сгустки, подобные водным растворам желатина. Образуются в концентрированных растворах белков и нуклеиновых кислот. Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, проходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.
Коацерваты имеют важное значение в ряде гипотез о происхождении жизни на Земле.
Коацерваты в таких гипотезах представляют некие праорганизмы (протоорганизмы).
Каждая молекула имеет определенную структурную организацию (атомы, входящие в её состав, закономерно расположены в пространстве). Вследствие этого в разноатомных молекулах образуются полюсы с различными зарядами. Например, молекула воды H2O образует диполь, в котором одна часть молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный. Кроме этого, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируют на ионы.
В силу таких особенностей химической организации вокруг молекул образуются водные «рубашки» из определенным образом ориентированных молекул воды. Молекулы, окруженные водной «рубашкой», могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты. Коацерватные капли возникают также при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом полимерные молекулы «собираются» в многомолекулярные фазово-обособленные образования.
А. С. Трошин использовал коацерватные капли в качестве клеточных моделей для исследования распределения веществ между моделью и средой.
В 2011 году японские учёные воспроизвели в лаборатории возникновение из «первичного бульона» протоклеток с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри (отрезки природной ДНК входили в состав исходных компонентов), способных к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК.
== Коацерватная теория == Автором этой теории является советский биохимик академик А. И. Опарин (1924 г.). Позже Опарина и независимо от него к аналогичным выводам пришел английский учёный Дж. Холдейн.
Опарин полагал, что переход от химической эволюции к биологической требовал возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей средой.
По теории А. И. Опарина коацервация сыграла большую роль на одном из этапов возникновения жизни на Земле.
== Список литературы == * Трошин А. С. Проблема клеточной проницаемости. М. — Л., 1956 * Troshin A. S. Problems of Cell Permeability. Pergamon Press, London, 1966 * Евреинова Т. Н. Концентрирование веществ и действие ферментов в коацерватах. — М., 1966 * Серебровская К. Б. Коацерваты и протоплазма. — М., 1971
== Примечания ==
== Ссылки == * [https://lenta.ru/articles/2017/05/02/protocells/ Зарождение жизни объяснили без участия бога]
Категория:Коллоидная химия Категория:Происхождение жизни
Texte soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article https://ru.wikipedia.org/wiki/Коацерват de Wikipédia
Коацерват (от лат. coacervātus — «собранный в кучу») или «первичный бульон» — многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией коллоида (разведённого вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава.
Коацервация[ | код]
Коацервация — расслоение коллоидной системы с образованием коллоидных скоплений коацерватов в виде двух жидких слоев или капель. Коацервация может возникать в результате частичной дегидратации дисперсной фазы коллоида, являясь начальной стадией коагуляции.
Сущность явления коацервации заключается в отмешивании из однородного коллоидного раствора слоя или капель, связанном с переходом от полного смешивания к ограниченной растворимости.
Коацерватные капли[ | код]
Коацерватные капли — сгустки, подобные водным растворам желатина. Образуются в концентрированных растворах белков и нуклеиновых кислот. Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, проходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.
Коацерваты имеют важное значение в ряде гипотез о происхождении жизни на Земле. Коацерваты в таких гипотезах представляют некие праорганизмы (протоорганизмы).
Каждая молекула имеет определенную структурную организацию (атомы, входящие в её состав, закономерно расположены в пространстве). Вследствие этого в разноатомных молекулах образуются полюсы с различными зарядами. Например, молекула воды H2O образует диполь, в котором одна часть молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный. Кроме этого, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируют на ионы.
В силу таких особенностей химической организации вокруг молекул образуются водные «рубашки» из определенным образом ориентированных молекул воды. Молекулы, окруженные водной «рубашкой», могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты. Коацерватные капли возникают также при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом полимерные молекулы «собираются» в многомолекулярные фазово-обособленные образования.
А. С. Трошин использовал коацерватные капли в качестве клеточных моделей для исследования распределения веществ между моделью и средой.
В 2011 году японские учёные воспроизвели в лаборатории возникновение из «первичного бульона» протоклеток с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри (отрезки природной ДНК входили в состав исходных компонентов[1]), способных к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК[2][3][4].
Коацерватная теория[ | код]
Автором этой теории является советский биохимик академик А. И. Опарин (1924 г.). Позже Опарина и независимо от него к аналогичным выводам пришел английский учёный Дж. Холдейн.
Опарин полагал, что переход от химической эволюции к биологической требовал возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей средой.
По теории А. И. Опарина коацервация сыграла большую роль на одном из этапов возникновения жизни на Земле.
Список литературы[ | код]
- Трошин А. С. Проблема клеточной проницаемости. М. — Л., 1956
- Troshin A. S.
Problems of Cell Permeability. Pergamon Press, London, 1966
- Евреинова Т. Н. Концентрирование веществ и действие ферментов в коацерватах. — М., 1966
- Серебровская К. Б. Коацерваты и протоплазма. — М., 1971
Примечания[ | код]
Ссылки[ | код]
Автор коацерватной теории А. И. Опарин (справа) в лаборатории энзимологии, 1938 год
Белково-коацерватная теория Опарина
Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть
разделён на три этапа:
-Возникновение органических веществ
-Возникновение белков
-Возникновение белковых тел
Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли
из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их окислами в нём содержались водород,
аммиак, вода и простейший углеводород — метан.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента
появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться
сложным химическим изменениям и превращениям.
В результате такого усложнения молекул
могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно
синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой
победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков:
синтезирован гормон инсулин, управляющий углеводным обменом.
Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло
явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка
органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего
раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя
многомолекулярные комплексы — коацерваты.
Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных
полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные
образования — видимые под оптическим микроскопом капли.
Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в
коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили
различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.
За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние
образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен
веществ. Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.
Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все
специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных
синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул
(например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в
росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата,
а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить
решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях —
единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано,
что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных
абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" – колониями
самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие
синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.
В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:
Генобиоз— методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.
Голобиоз— методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.
Вопр
Предыдущая11121314151617181920212223242526Следующая
Дата добавления: 2016-06-13; просмотров: 1057;