ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Первичный гиперцикл из "Математическая биофизика" Простейший гиперцикл должен содержать один полинуклеотид, способный к комплементарной авторепродукции, и один белок, способствующий этому (т. е. обладающий репликазной активностью). При этом полинуклеотид должен катализировать синтез белка-репликазы. [c.27] Вопрос о том, каков механизм ускорения репликации, трудности не представляет. Такие белки известны и изучены можно думать, что и в первичном гиперцикле механизм в принципе был тем же. Напротив, вопрос о том, каким образом полинуклеотид катализирует белок с репликазной активностью, является наиболее острым и относится к основной проблеме. В современной биосфере подобный катализ осуществляется с помощью кода и всего аппарата трансляции. Вероятность случайного возникновения этого аппарата абсурдно мала [П26,26]). Поэтому необходимо представить процесс синтеза белка-репликазы, протекающий без уча-стия аппарата трансляции и осуществляющийся с достаточно большой вероятностью. Принципиальную возможность подобного процесса, а также его информационные аспекты мы обсудим в гл. 12. В этом параграфе мы рассмотрим возможные конкретные физикохимические процессы, приводящие к синтезу белка-репликазы на полинуклеотиде, а также образованию первичного аппарата трансляции. Существует два различных подхода к решению поставленной задачи. [c.27] Обсудим возможную реализацию этой цепи процессов, следуя [П47, 7]. [c.28] Первый этап — синтез белка-репликазы. [c.28] Допустим, что полипептиды образуются из аминокислот (в присутствии конденсирующего агента, например полифосфата) на би-спиральных молекулах полинуклеотидов как на поверхности гетерогенного катализатора. Третичная структура образующихся полипептидов должна быть комплементарна к биспирали, т. е. такие белки должны иметь форму чехла . Напомним, что третичная структура биспиралей имеет стандартную форму и не зависит от последовательности нуклеотидов. На этом этапе белки-чехлы могут выполнять различные функции. Во-первых, они играют защитную роль, предохраняя биспираль ДНК от гидролиза. Во-вторых, и это главное, белки-чехлы могут играть роль фермента-репликазы. Для этого необходимо, чтобы комплементарное.соответствие между чехлом и ДНК было недостаточно полным. В этом случае молекула-чехол, располагаясь на биспирали, будет иметь механически напряженную структуру и тем самым будет способствовать репликации ДНК ). Важную роль при этом играет периодическое изменение внешних условий (например, температуры), обсуждавшееся в работе [6]. Изменение конформации, вызванное изменением условий, способствует расплетанию биспирали и репликации. Возврат к более комплементарной конформации препятствует репликации и тем самым способствует защите комплекса. Отсюда следует, что белки-чехлы могут обладать существенно различной (в том числе и отрицательной) репликазной активностью . Однако для дальнейшей эволюции достаточно, чтобы некоторые из них функционировали как репликазы. Подчеркнем еще раз, что эта функция белка образовалась не случайно — она вполне закономерно следует из способа его синтеза. [c.28] Следующий этап эволюции — образование первичного аппарата трансляции. Простейший аппарат должен содержать набор адаптеров. Адаптером мы называем молекулу,, комплементарную одной стороной к участку полинуклеотида (кодону) и другой — к аминокислоте (или блоку аминокислот) ). В современном аппарате эту роль выполняют белки аминоациладенилатсинтетазы. [c.28] Как уже упоминалось, в первичных гиперциклах существовала неполная комплементарность между полинуклеотидом и белком. Эти пустоты могли заполняться полиморфными веществами, которые, конденсируясь образовывали слепки, комплементарные как к участку биспирали, так и к участку белкового чехла (рис. 2.1). При образовании дочерних полинуклеотидов эти слепки-адаптеры могли участвовать в образовании новых белков-чехлов, транспортируя аминокислоты (или их комплексы) к тому же месту ДНК, что и в материнском гиперцикле таким образом, синтез белковой оболочки ускорялся, а свойства чехла становились наследуемыми. Появление каждого из адаптеров давало эволюционное преимущество, поэтому накопление их могло проходить постепенно, возникновение всей системы сразу не было необходимым. [c.29] На этом этапе эволюции еще нет единого кода для всей биосферы он возникает на следующем этапе в результате отбора. Первичные адаптеры обеспечивают необходимые и достаточные условия для того, чтобы начал действовать отбор. [c.29] Проведя аналогию с лингвистикой, можно сказать, что первичный синтез репликазы и адаптеров подобен образованию иероглифов (которые также являются слепками с действительности), в то время как современный аппарат трансляции подобен письменности на основе алфавита и грамматики (см. гл. 12). [c.29] Иной подход к решению проблемы происхождения механизма трансляции обсуждается в ряде работ последнего времени [10—12], в которых основой теории является гипотеза о прямом физико-химическом соответствии (комплементарности) между тройкой нуклеотидов и аминокислотой, т. е. подразумевается, что код уже существовал и первичный механизм трансляции вобще не содержал адаптеров ). Белок-репликаза образовывался на таком полинуклеотиде (ДНК), последовательность кодонов которого соответствовала первичной последовательности репликазы. [c.29] Отметим, что даже в таком простейшем варианте вероятность возникновения гиперцикла остается малой, так как в рамках этой гипотезы спонтанно возникший полинуклеотид уже должен был содержать информацию о белке-репликазе ( к200 бит, чему соответствует 10 см. гл. 12). Таким образом, в рамках этой гипотезы остается нерешенной проблема информационной малости. [c.29] Другое важное следствие относится к вопросу о взаимодействии объектов с различными последовательностями нуклеотидов. При тесном контакте объектов наборы их адаптеров перемешиваются, при этом возникает хотя бы одна накладка, типа изображенной на рис. 2.2. В результате во встретившихся объектах нарушится синтез белка и они оба погибнут. Таким образом, взаимодействие объектов с различными наборами адаптеров (т. е. с различными кодами) является антагонистическим. Это очень важно на последующей стадии для процесса отбора. [c.30] Вернуться к основной статье