ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Происхождение жизни. Концепции биохимической эволюции из "Химические основы жизни" В арсенале любой клинико-биохимической лаборатории имеется много методик анализа, применение которых зависит от предполагаемого диагноза. Рассмотрение проблем клинико-биохимических исследований отдельных органов и систем организма выходит за рамки настоящего пособия, поэтому здесь мы остановимся лищь на наиболее интересном и перспективном направлении клинической биохимии анализе ДНК при изучении механизмов возникновения наследственных заболеваний. [c.527] В настоящее время анализ ДНК является стандартной технической процедурой для исследования все возрастающего числа наследственных заболеваний. Анализ ДНК используется для исследования геномов потенциальных родителей, в результате чего он может дополнить генетическое консультирование в семьях, где были отмечены те или иные формы наследственных заболеваний. Даже в тех случаях, когда заболевание было диагностировано обычными биохимическими методами, есть возможность обследовать других членов семьи с помощью генетического анализа. В некоторых случаях (например, при мышечной дистрофии) генетический анализ позволил выявить продукт того или иного гена. Детальное обсуждение анализа ДНК выходит за рамки задач настоящего пособия мы остановимся на основных методах и случаях применения данной клинико-биохимической процедуры. [c.527] Первым этапом анализа ДНК является экстракция ДНК из любой ткани, содержащей ядерные клетки с последующей ее очисткой. Далее геномную ДНК анализируют с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) или подвергают расщеплению ферментами рестрикции — рестриктаза-ми, распознающими специфические последовательности нуклеотидов и гидролизующими ДНК на ряд фрагментов рестрикции . Последние могут быть разделены методом электрофореза или подвергнуты денатурации нагреванием до однонитевых фрагментов, которые затем переносят на нейлоновый фильтр или нитроцеллюлозную мембрану. Таким образом сохраняется пространственное расположение фрагментов ДНК относительно друг друга. Полученный материал анализируется с помощью ДНК-зонда, представляющего собой фрагмент одноцепочечной ДНК, как правило, помеченный радиоактивным изотопом Р и содержащий специфическую последовательность оснований, комплементарную участку ДНК, который необходимо обнаружить. В качестве зонда можно использовать как нативную ДНК, специфичную гену (геномные зонды), так и синтетическую ДНК, полученную на основе РНК гена (комплементарная ДНК). Если анализируемая последовательность присутствует во фрагментах рестрикции, то зонд гибридизуется с ними, что можно обнаружить с помощью авторадиографии. [c.528] Полиморфизм длины фрагментов рестрикции. Если имеется подходящий ДНК-зонд, то можно обнаружить прямым методом некоторые генетические болезни, возникающие вследствие мутаций (гемофилия, мыщечная дистрофия и др.). Ответственный за болезнь, но неидентифицированный ген может быть обнаружен, если он находится вблизи последовательности ДНК, поддающейся определению. Во всем человеческом геноме примерно одно из 150 оснований является полиморфным, т. е. варьируется у разных индивидуумов. Каждое щестое из этих случайных изменений или порождает, или разрушает участок рестрикции. В результате этого потенциальные участки рестрикции присутствуют вдоль молекулы ДНК с интервалом примерно в 1000 пар оснований. Их наличие или отсутствие у разных людей приводит к тому, что ДНК в процессе рестрикции разрезается на фрагменты разной длины (полиморфизм длины рестрикционных фрагментов). Если при обследовании членов семьи обнаруживается взаимосвязь между полиморфизмом длины рестрикционных фрагментов и наследственным заболеванием, делается заключение, что данный участок рестрикции расположен вблизи от гена, ответственного за патологию. В таком случае присутствие данного типа полиморфизма можно использовать для предсказания наличия мутантного гена у другого члена семьи или в ткани плода. Однако использование этой техники для пренатальной диагностики требует предварительного обследования семьи. [c.528] Дальнейшее развитие приведенных выше методик при диагностике различных генетических расстройств позволит в дальнейшем проводить выявление предрасположенности организмов широкому кругу наследственных заболеваний. Такое знание может стать мощным инструментом медицины при установлении возможной патологии эмбриона, но при его применении мы сталкиваемся со значительными этическими проблемами. [c.529] В современной теории биологической эволюции вопрос о происхождении жизни на Земле принадлежит к числу наиболее дискуссионных. Сам факт возникновения жизни занимает умы многих исследователей, поскольку конечной и глобальной целью естествознания является познание жизни во всем ее многообразии, что, безусловно, невозможно без понимания сути и особенностей процесса ее происхождения. Подтверждением этому может служить высказывание А. И. Опарина На протяжении многих тысячелетий человек стремился познать окружающий мир и то место, которое он занимает в этом мире, на маленькой Земле или в больщой Вселенной . В рамках теории эволюции происхождение жизни рассматривают в качестве самого первого, изначального процесса образования живых форм из простейших химических веществ, т. е. в виде химического эволюционного процесса. [c.530] Общепризнанной теорией происхождения жизни на Земле является теория, впервые предложенная в 1924 г. А. И. Опариным и описанная в его книге Происхождение жизни . В дальнейшем эта теория неоднократно подвергалась уточнениям со стороны ее автора, многие другие ученые также внесли большой вклад в развитие данной теории. По Опарину, Жизнь — это результат исторического односторонне направленного развития в виде постепенного усложнения органических веществ и развития их в более сложные формы и системы, обладающие свойствами живого. Долгий исторический процесс развития жизни по Опарину можно представить так, как показано на рис. 3.1. [c.530] Формирование планеты Земля предположительно закончилось 4,5 — 5,0 млрд лет назад из облаков космической пыли. Пылевые частицы притягивались друг к другу в результате действия гравитационных сил. Состав древней атмосферы значительно отличался от современной первоначально она состояла только из паров воды, водорода, аммиака и метана, в то время как современная атмосфера состоит почти на 80 % из азота, на 20 % из кислорода и содержит в небольших количествах диоксид углерода, инертные газы, а также водяные пары. Процесс образования воды (Мирового океана) на Земле происходил в результате конденсации водяных паров по мере остывания земной поверхности. Протекающие одновременно процессы испарения и конденсации воды на Земле привели к установлению своеобразного равновесия между агрегатными состояниями воды. Такое равновесие называют круговоротом воды в природе. [c.530] Близкие взгляды на происхождение жизни развивал Н. Г. Холодный. Он также считал, что в начале процесса эволюции живой материи образовывались углеводороды, а затем из них в результате окисления синтезировались органические кислоты, спирты и другие соединения, но в отличие от А. И. Опарина Н. Г. Холодный придерживался той точки зрения, что жизнь возникла не в Мировом океане, а в мелководьях после появления суши, что способствовало более интенсивной концентрации органических, веществ и образованию коацерватов. [c.532] Атом Молекула Мономер Полимер Организм. [c.532] Бернал считал, что конденсация органических молекул происходила не путем образования коацерватов, а путем адсорбции первых полимерных структур на минеральных частицах, причем эти процессы происходили не в океане, а в илистых пластах под водой, которые в зависимости от атмосферных условий периодически осушались или увлажнялись. [c.532] Но тем не менее и на сегодняшний день теория А. И. Опарина является общепризнанной и имеет ряд преимуществ. Как и всякая теория, она постоянно развивается и совершенствует свою доказательную базу. [c.533] Гидролиз нитрила приводит к получению соответствующей аминокислоты. [c.533] Оргелл с сотрудниками обнаружили, что в запаянной ампуле такое превращение происходит с 40%-м выходом. Возможно, что аденин был первым пуриновым основанием, образовавшимся на Земле при этом интересно отметить, что именно этот компонент присутствует в АТФ и коферменте А, которые являются одними из главных участников многочисленных биохимических реакций. [c.534] Подтверждением тому, что НСК играл далеко не второстепенную роль при зарождении жизни, являются эксперименты по олигомеризации НСК в водных растворах. После образования из НСК тетрамера в результате фотохимической реакции появляется кольцевая имидазольная структура. В анаэробных условиях и в разбавленных водных растворах эта реакция протекает с достаточным количественным выходом. [c.534] Для проведения лабораторных исследований необходимо знать условия реакций, протекавших на первобытной Земле, причем следует отметить, что ни белки, ни нуклеиновые кислоты самопроизвольно не образуются в водных растворах. Самоконденсация формальдегида, другого возможного предшественника живой материи, должна была бы привести к образованию сахаров, причем в присутствии метана реакция протекает через стадию фотолиза воды. [c.535] В общем случае конденсация таких небольших молекул, как КН3, Н2О, НСК, НСНО и НС=С—СК, приводила к образованию строительных блоков для синтеза полипептидов или белков, а также полинуклеотидов или нуклеиновых кислот. Считается, что современное состояние живых организмов определяется непрерывностью процесса биосинтеза белков, который происходил и на первобытной Земле. Кроме того, доказано, что полифосфаты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, могут образовываться при простом нагревании ортофосфатов с мочевиной и ионами аммония. С помощью современных радиотелескопов большинство этих небольших молекул обнаружено также в межзвездных облаках, что делает такие предположения более вероятными. [c.535] Вернуться к основной статье