Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, описанные опыты продемонстрировали возможность синтеза полинуклеотидов из углеводов и гетероциклических оснований
в присутствии МФЭ. В процессе синтеза образуются продукты различного молекулярного веса и структуры. Нуклеотиды в поли-нуклеотидной цепи распределяются случайным образом, не образуя определенной последовательности.
Теперь мы переходим к вопросу о том, каким образом из такой смеси нуклеотидов могла возникнуть система, способная к самовоспроизведению. Как уже говорилось, самовоспроизведение начинается тогда, когда один полинуклеотид используется как матрица для образования комплементарного полинуклеотида, который в свою очередь катализирует образование полинуклеотида первоначального строения. В связи с этим мы исследовали, не может ли полинуклеотид функционировать в качестве матрицы в неферментативной системе.
Как показали наши опыты, добавление поли-У не влияет на полимеризацию уридиловой кислоты; при добавлении же комплементарной полиадениловой кислоты (поли-А) скорость реакции полимеризации увеличивается в 10 раз. К тому времени, когда 20—30% уридиловой кислоты оказывается полимеризовано, реакция замедляется. Очевидно, такой матричный механизм несовершенен. Причина уменьшения скорости реакции состоит, вероятно, в том, что вновь образованная поли-У недостаточно легко отделяется от матричной поли-А. Конечно, требуются дополнительные доказательства для подтверждения гипотезы, согласно которой в популяции растущих полкнуклеотидных цепей определенные нуклеотиды могут катализировать образование комплементарных цепей, ускоряющих в свою очередь синтез цепочек исходного строения.
Если такой механизм действительно существует, то это влечет за собой возможность отбора наиболее подходящих матриц, которые вытеснят ветвящиеся и другие менее удобные цепи. Однако я не знаю, может ли таким путем происходить отбор определенной последовательности нуклеотидов и увеличиваться количество информации в нуклеотидной цепи.
Чтобы лучше понять сложный процесс отбора, вспомним, как происходит воспроизведение ДНК в живой клетке. Генетически активная ДНК имеет две функции: она содержит, во-первых, информацию для своего собственного воспроизведения и, во-вторых, информацию для образования полипептидных цепей, катализирующих различные процессы синтеза, включая полимеризацию нуклеотидов для синтеза самой ДНК.
Очень упрощенная схема на фиг. 4 показывает эту взаимосвязь. Матрица Ми катализирует образование матрицы Мк, и наоборот. Одна или обе матрицы контролируют образование полипептидов, которые в свою очередь определяют возможность синтеза матриц. Представленная схема может оказаться простейшей формой пред-биологической саморегулирующейся системы, в которой каждый
катализатор регулирует образование другого и тем самым образование самого себя.
Если последовательность нуклеотидов определяет чередование аминокислот в полипептидном катализаторе, то должен происходить отбор той специфической последовательности нуклеотидов, которая обеспечивает образование наиболее активного пептида.
Любое изменение в саморегулирующейся системе, повышающее активность и количество катализаторов, будет способствовать ее размножению. Но эволюция на молекулярной основе возможна только в том случае, если матрицы, накапливающие информацию,
Ми мк
N /
Белок
Фиг. 4. Схематическое изображение самовоспроизводящейся системы.
Ми — исходная матрица; Мк — комплементарная матрица.
будут характеризоваться таким же отношением стабильности к способности к мутированию, как и генетический материал живых организмов. Последнее возможно, если допустить, что матрицы Ми и А1К по своей химической структуре подобны генетическому материалу и представляют собой вещества, сходные с полинуклеотидами. Схема, изображенная на фиг. 4, требует дальнейшей разработки. Остается неясным, каким образом в первоначальных условиях полинуклеотидная цепочка могла регулировать синтез полипептидов. Может быть, в этом процессе участвовали аминоацилполи-нуклеотпды, подобные комплексу аминокислоты с транспортной РНК- Такой смешанный полимер может легко образоваться в описанных выше безводных условиях. Далее, очень мало известно относительно того, как полипептиды могли катализировать образование полинуклеотидов.
Безусловно, представленная мною модель самовоспроизведения на молекулярном уровне весьма несовершенна. Но я надеюсь, что она послужит стимулом к проведению новых исследований, которые создадут более надежную основу для дальнейшего изучения вопроса
о происхождении жизни.
ЛИТЕРАТУРА
1. Carbon J. A., Chem. Ind. (London), p. 529 (1963).
2. Кочетков H. К., Б у д о в с к и й Э. И., Домки н В. Д., Хромов-Борисов Н. Н., Biochim. Biophys. Acta, 80, 145 (1964).
3. Liinzmann G., Schramm G., неопубликованные данные (1963).
4. Mayer R., Jaschke L., Ann. Chem., 635, 145 (1960).
5. О п а р и н А. И., Life, Its Nature, Origin and Development, Oliver, and Boyd, Edinburgh and London (1961).
