Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
кулы располагаются в виде наложенных друг на друга колец. Отсюда следует, что цепь РНК играет существенную роль в организации вирусной частицы. В то же время проведенное недавно изучение структуры пигментов крови беспозвоночных (гемоцианинов моллюсков и членистоногих) показало, что нуклеиновые кислоты нужны не всегда. Ван Брюгген показал, что гемоцианины содержат постоянное число белковых частиц и не обладают кристаллической симметрией. После расщепления на субъединицы с молекулярным весом около 40 ООО эти белки могут спонтанно агрегировать in vitro, образуя частицы, по-видимому идентичные нативным. В этом случае процесс идет без какого бы то ни было участия нуклеиновых кислот; агрегация протекает самопроизвольно и не контролируется генетически.
Накапливается все больше данных, показывающих, что это явление имеет общий характер. Мы сталкиваемся с ним при изучении различных органелл и мембран, являющихся составными частями структуры митохондрий, а также, возможно, ядра и самой клетки. Белковая часть мембраны специфична; липидная же часть представляет обычный двойной слой липида, образованный в результате двумерной кристаллизации небольших молекул. Образование всех подобных органелл не связано непосредственно с какой-либо биологической функцией. Здесь мы по существу имеем дело с естественными жидкими кристаллами, возникающими при псевдокристаллизации определенных типов молекул.
Для того чтобы была достигнута какая-то степень кристаллизации, необходимо наличие идентичных или почти, идентичных молекул. Это означает, что возникновение органелл и вирусов зависит от наличия таких частиц, т. е. от наличия всего механизма так называемого массового производства идентичных белковых молекул. Это, по-видимому, означает также, что образование идентичных белковых молекул имело важное значение еще до того, как в клетке появились отдельные структуры. Здесь мы сталкиваемся с неким общим принципом. Все эти структуры, в том числе вирусы, такие, как фаг Т2 (содержащий по меньшей мере шесть белков), можно было бы рассматривать как особо сложную форму кристаллов. Образование трехмерной решетки обычных твердых кристаллов обеспечивается идентичными, так называемыми образующими атомами. При этом различия между изотопными ядрами этих атомов маскируются идентичностью их электронной структуры. В биологических же паракристаллах роль идентичных единиц играют молекулы белка, представляющие собой исключительно сложные структуры. Они являются сложными гетерополимерами аминокислот по крайней мере с двумя, тремя, а возможно, даже четырьмя стадиями свертывания и скручивания. Белки способны давать обычные трехмерные кристаллы, но происходит это крайне
редко, по крайней мере в природных условиях; даже в лаборатории довольно трудно получить белковые кристаллы. Они, по-видимому, предпочитают образовывать некристаллические или квазикристал-лические формы; в простейшем случае происходит вторичная полимеризация, в результате которой глобулярные белки превращаются в фибриллярные. Это так называемое Г — Ф-превращение, изученное, в частности, на примере актина и инсулина. Структура может быть также двумерной, как это показано на мембранах, или представлять собой замкнутые трехмерные сферические частицы, как у некоторых вирусов и различных клеточных органелл.
Принцип этой организации легко себе представить исходя из геометрических представлений, допустив, что молекула белка имеет целый ряд активных участков, каждый из которых способен соединяться со специфическим участком белковой молекулы того же или иного типа. Таким образом, структура возникает автоматически. Подобное явление я не очень удачно назвал синизомериз-мом, что означает складывание вместе равных частей. Ныне это является центральной проблемой биопоэза, ибо вопрос о том, как образуются сами молекулы, уже разрешен.
Каким образом из ряда довольно простых химических соединений может развиться этот сложный механизм воспроизведения и метаболизма без использования предсуществовавших структур? Я хочу особенно подчеркнуть, что существующие структуры абсолютно зависят от предсуществования идентичных сложных белковых молекул. А эти последние могут образовываться в современных условиях только при помощи механизма с участием нуклеиновых кислот.
Здесь мы должны провести четкое различие между представлениями о возможных и действительных путях их генезиса. Первые основаны на логике и данных химии; вторые включают фактическую информацию о веществах, найденных в окаменелостях или метеоритах, с одной стороны, и данные биохимии современных живых организмов — с другой.
Многие доказывали, а некоторые продолжают доказывать и сейчас, что вся жизнь является крайне маловероятным процессом. В самом деле, нетрудно доказать, что жизнь не должна существовать; это много легче, чем показать обратное. Но так как жизнь все же существует, мы должны понять и объяснить ее. Таким образом, проблема имеет по крайней мере одно решение, которое уже любезно для нас найдено. Могут ли пролить свет на первые стадии эволюции новые сведения о структуре и функции внутриклеточных частиц, самих организмов или паразитирующих на них вирусов? Я уже указывал, что, коль скоро возникает серия идентичных белковых молекул, возникают простейшие формы агрегации, обусловливающие образование оболочки вирусных частиц или дыха-
