Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Свойством полинуклеотидных молекул является способность к точному воспроизведению, основанная на принципе структурной комплементарное™. В модельных опытах было показано, что полинуклео-тидная цепь может служить матрицей, связывающей свободные нуклеотиды. При смешивании АМФ с полиуридиловой кислотой свободные молекулы АМФ связываются с остатками полиуридиловой кислоты при помощи водородных связей между комплементарными основаниями. В результате возникала спиральная структура. Точно так же наблюдали формирование устойчивой комплементарной спирали при смешивании полицитидиловой кислоты с гуанозинмонофосфатом. Для синтеза комплементарных полинуклеотидов необходимо было, чтобы между связанными с матрицей мононуклеотидами образовались меж-нуклеотидные связи. Экспериментально была показана принципиальная возможность возникновения таких связей без какого-либо участия ферментов. Таким образом, полинуклеотиды могли служить матрицей для неферментативного синтеза комплементарных полинуклеотидов.
Вопрос о том, каким путем в молекулах полинуклеотидов возникла и закрепилась информация о структуре белков, остается наиболее неясным. Имеются данные об избирательном взаимодействии между двумя типами полимеров — полиаминокислотами и полинуклеотида-ми — в зависимости от их аминокислотного и нуклеотидного состава, на основании чего высказывается предположение, что в принципе полиаминокислоты и полинуклеотиды могли «узнавать» друг друга в протоклетках. Образование специфических комплексов между .этими полимерами можно рассматривать как первый необходимый шаг на пути установления между ними определенных «информативных» связей. Не исключено также, что на первых этапах поток информации шел в любом направлении (полинуклеотид^протобелок) и, таким образом, устанавливались взаимные связи между определенными последовательностями аминокислот в протобелках и нуклеотидов в поли-нуклеотидах. Позднее поток информации стал однонаправленным (по-линуклеотид-^протобелок).
Таким образом, дискуссионным остается вопрос о том, на каком этапе эволюционного процесса нуклеиновые кислоты сформировались как информационные молекулы. Согласно одним представлениям на начальном этапе эволюции роль последних выполняли белковоподоб
174
ные молекулы, и первые примитивные клетки функционировали без .нуклеиновых кислот. (Этому варианту было уделено основное внимание ввиду его значительно большей экспериментальной обоснованности.) Другая гипотеза исходит из того, что первыми возникли !нуклеиновые кислоты, а позднее, на базе содержащейся в них информации, возникли белки (гипотеза «генной жизни»).
Эта гипотеза принадлежит американскому генетику Г. Меллеру (Н. Muller), высказавшему предположение, что «жизнь» началась с абиогенного образования гена или группы генов. Появление мембран и белков, обладающих каталитическими свойствами, имело место на более поздних этапах эволюции. В пользу этой гипотезы приводятся соображения, первое из которых основано на современном представлении о молекулярной структуре и самовоспроизведении вирусов, а второе — на полифункциональных свойствах мононуклеотидов. Хорошо известно, что нуклеотиды, помимо того что составляют генетический аппарат клетки, принимают участие в самых разнообразных метаболических реакциях: служат переносчиками энергии (АДФ, АТФ), электронов и атомов водорода (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД), Сахаров, ацильных трупп и др.
Формы жизни, возникшие на «белковой основе», были неустойчивыми из-за отсутствия системы передачи информации, использующей свойства нуклеиновых кислот, а «генная жизнь» не могла прогрессивно эволюционировать без участия белков, обладающих каталитическими свойствами. Как произошло возникновение формы жизни, в основе которой лежат белки и ,нуклеиновые кислоты, пока неизвестно. Ясно только, что «встреча» обоих типов соединений положила начало пути эволюции, на котором произошло формирование механизмов синтеза белка и нуклеиновых кислот и кодовых взаимодействий между обоими механизмами.
Данные палеонтологии о происхождении жизни на Земле
Согласно современным представлениям окончательное формирование земной коры произошло около 4,6 млрд. лет назад. Наши сведения об истории возникновения и развития жизни на Земле ограничены преимущественно последним периодом, длительность которого порядка 600 млн. лет. Остальной временной период, составляющий примерно 90% всей истории существования Земли, фактически является чистой страницей в изучении возникновения и развития жизни на Земле. Поэтому большой интерес представляют данные молекулярной палеонтологии, изучающей органические вещества древнейших осадочных отложений. Трудность заключается в интерпретации полученных результатов, т. е. в отсутствии надежных критериев, на •основании которых можно было бы делать выводы о происхождении обнаруженных органических остатков: биогенном или абиогенном. В этой связи интересны находки, сделанные в Южной Африке в осадочных породах, возраст которых составляет больше 3 млрд. лет. В этих породах найдены заключенные в них окаменелые остатки мельчайших структур, напоминающих современные бактерии. Эти палочковидные микроструктуры (0,5X0,25 мкм) получили название Eobacterium isolatum. При электронно-микроскопическом изучении у них выявлена двухслойная клеточная стенка, подобная клеточной стенке многих современных бактерий.
