Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
будет зависеть каталитическая активность, являются, по-видимому, формирование петель обратной связи из ССИВС для обеспечения рекуперации энергии и симметрия структуры, без которой невозможен механизм попеременного использования обоих направлений ССИВС. Для последней особенности, при наличии ССИВС, будет очевидно, наблюдаться прямая связь с каталитической активностью: чем выше симметрия ЭДОКС, как мы упоминали, первоначально асимметричных, тем выше каталитическая активность и частота колебаний фермента, связанная с переключением направлений ССИВС. Совершенствование механизмов синхронизации и оптимизации выходных сигналов, которые также повышают КПД базисного процесса за счет уменьшения неэффективных потерь энергии, могло осуществляться уже в результате рекомбинации и отбора структур, в которых первоначальные свойства — цепи ССИВС, симметричная структура, уже сформированы. При этом, в процессе совершенствования могла происходить функциональная дифференциация элементов, входящих в ССИВС, появление элементов коммутации, задержки, инверсии и т. д., то есть того набора функциональных модулей из остатков аминокислот, который существует в настоящее время.
5.2.3. Возникновение в ЭДОКС хиральности элементов
Краткая характеристика проблемы. Вопрос о причинах хиральности биомолекул, то есть существования в надмолекулярных структурах лишь одной из двух возможных стереоконфигураций элементов, например L-аминокислот в белках или D-ca-харов в полисахаридах и нуклеиновых кислотах, относится к числу нерешенных современной наукой [13, 26, 124]. Значение хиральности молекул для биоструктур сводят к таким факторам как упрощение процессов молекулярного узнавания, инструктирования информационных молекул, обеспечения однозначности протекания химических реакций [13]. Благодаря хиральности создается большая прочность конструкции полимеров, например, образование а-спиралей и p-структур из полипептидов, а также возможность возникновения кооперативных эффектов. Проблема происхождения хиральности имеет два аспекта: установления казуального, причинного фактора, приведшего к хиральности элементов структур, и выяснение причины предпочтения того или иного знака хиральности. Что касается первого аспекта, то большая часть существующих подходов, обобщенных в работах [13, 26, 124], сводится к следующим типам объяснений: гипотезы о космическом происхождении хиральности; воздействие гиротропических минералов одного знака; циркулярная поляризация солнечного света, нарушение четности в слабых взаимодействиях и ряд других. На второй вопрос обычно отвечают, что это связано со случайной флуктуа-
цией на одном из этапов предбиологической эволюции [26]. Существенно отметить, что большинство современных моделей происхождения хиральности исходят из предположений о внешнем источнике, определяющем появление мономеров одного знака, и о предварительном накоплении элементов одного знака с последующим их использованием при синтезе полимеров. Эти подходы можно характеризовать как актуалистические, базирующиеся на тех же взглядах, которые наиболее приняты в сфере изучения проблем биогенеза (гл. 2).
Принципиальным отличием нашего подхода к этой проблеме, основанном на естественноисторическом взгляде, является то, что возникновение хиральности мы связываем не с внешними факторами, а, как мы показали в разд. 4.3, она служит одним из условий реализации механизма переноса энергии по ССИВС, то есть имеет внутренние причины. При анализе модели катализа олигомерными ферментами мы практически не касались проблемы хиральности, предполагая уделить ей, в силу принципиальной важности, специальный подраздел. Рассмотрим, с наших позиций, оба аспекта происхождения хиральности.
Причины возникновения хиральности. Согласно нашей модели ферментативного катализа, для работы димерных структур необходима непрерывность ССИВС, обеспечиваемая, например, а-спиралями и ^-структурами, состоящими из HN—С = 0-групп. Образование таких непрерывных ССИВС возможно лишь при наличии единой стереоконфигурации исходных мономерных звеньев (хиральности), что показано экспериментально [10]-
Кроме того, хиральность элементов необходима для идентичности укладки субструктур с максимальной симметрией [85]. Следовательно, использование ССИВС с участием различных групп для переноса энергии должно было привести к отбору ЭДОКС, содержащих преимущественно хиральные элементы. Это обеспечивало большую эффективность переноса и рекуперации энергии в катализе, по сравнению со структурами, состоявшими из рацемических полимеров, которые формировали структуры с большим числом разрывов ССИВС.
Хиральность порождает хиральность. Более эффективные ЭДОКС из хиральных элементов могли осуществлять асимметрические базисные реакции, например, стереоспецифический синтез аминокислот. Накопление в среде мономеров одного типа создавало условия их использования при синтезе линейных полимеров из хиральных элементов. Это, в свою очередь, способствовало повышению каталитической активности формирующихся ЭДОКС в симметрических реакциях и т. д. Как видим, процесс накопления хиральных элементов не требует в нашей модели вмешательства внешних сил и происходит в процессе рекомбинации и отбора активных дуплицированных структур.
