пятница, 22 марта 2013 г.

Происхождение жизни или почему я стал атеистом.

До того, как я вплотную занялся биохимией и прочитал в связи с этим чудную книгу "Биохимия" Ленинджера, - у меня было много вопросов и недопониманий в отношении так называемой химической эволюции. Как эти биохимические системы не передохли в атмосфере и океанах первобытной Земли, заполненных синильной кислотой, нитрилами и прочими не менее приятными вещами, как белки работают, вроде против законов термодинамики, как возникло использование органических полифосфатов для накопления и высвобождения энергии?

Не зная на тот момент ответов на сии вопросы, я допускал существование некоего  "бога", руководившего или же руководящего эволюцией.

Начнём по порядку.

1) Синильная кислота и нитрилы.

Ленинджер описывает весьма интересные реакции, в ходе которых синильная кислота способна конденсироваться в полиимины, при гидролизе дающие полипептидные цепи. Самое интересное, что предполагаемые из палеонтологических данных условия первобытной Земли наиболее благоприятны для этих реакций.

Более того - эти полипептиды уже обладали ферментативной активностью и могли синтезировать другие биоорганические соединения. Это даже было показано в опытах, воспроизводящих условия первобытной Земли. Например, из образованных абиотическим путём сахаров и жирных кислот они могли собрать липиды и фосфолипиды - компоненты клеточной мембраны. Бурная работа волн первобытного океана, покрывавшего в те, отдалённые на миллиарды лет от нас времена, всю Землю способствовала образованию из этих липидов и фосфолипидов капелек, в которых липиды были обращены гидрофобными "хвостами" аминокислот друг к другу, образуя таким образом подобие клеточной мембраны. Некоторые такие капельки захватывали и молекулы полипептидов, что давало им возможность изменять среду вокруг себя, осуществляя примитивны обмен веществ. Некоторые, особо удачливые капельки даже могли расти за счёт этой деятельности в размерах.

Нуклеиновые кислоты, образовавшиеся тогда в виде коротеньких фрагментов, именуемых олигонуклеотидами, оказались прекрасными катализаторами полимеризации аминокислот, нитрилов и аминонитрилов, то есть - образования белков. Делали и делаю они это за счёт образования водородных связей между молекулами аминокислот, из которых строятся белки и азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеиновых кислот. А белки, в свою очередь могут катализировать образование нуклеиновых кислот. Поэтому капельки, которым повезло больше всех, и которые в дополнение к белкам захватили и нуклеиновые кислоты оказались в особо выигрышном положении - они могли синтезировать все свои компоненты и зажить полноценной жизнью.) Именно они стали первыми полноценным  клетками.

Если кому-то эта история с капельками кажется фантастической и маловероятной - я вас разочарую. Такие "капельки" сейчас вовсю используются в молекулярной биологии, генной инженерии, биохимии и генной терапии для доставки внутрь клеток фрагментов ДНК, РНК и белков.

Описал он и то, почему современные полипептиды содержат только остатки L-аминокислот - полипептиды, составленные только из остатков аминокислот одной хиральности оказываются более термодинамически стабильными.

В общем: сценарий сборки ураганом, пронёсшимся по свалке пищевых отходов, Боинга-747(с этим любят сравнивать возможность сборки простейшей клетки из компонентов в ходе естественных процессов противники эволюционной  теории) в этом случае оказался не только жизненным. но и активно эксплуатируемым современной наукой и биотехнологией.) Да и смертельный для большинства нынешних организмов яд - синильная кислота, оказался жизненно важным для построения первоначальных кирпичиков жизни.

2) Почему работают белки?

Кажущийся парадокс белков состоит в том, что наиболее устойчивые, упорядоченные и биологически активные их формы обладают энтропией меньшей, чем менее стабильные, менее упорядоченные и менее биологически активные, что на первый взгляд, нарушает законы термодинамики.

Тем не менее, если вспомнить, что согласно второму закону термодинамики, при равновесии сумма энтропий системы(в нашем случае - белок, полипептид) и окружающей среды(в нашем случае - водный раствор солей и органики всякоразной) становится максимальной, то это кажущееся противоречие легко разрешается. Этот закон допускает, что неизолированная система(например - клетка или белок) может самопроизвольно уменьшать свою энтропию, при условии возрастания энтропии окружающей среды. Возрастание энтропии окружающей среды при биологических процессах осуществляется за счёт выделения энергии в процессе их протекания и увеличении таким образом своей температуры и энтропии окружающей среды.

3) Почему полифосфаты?

Действительно, - почему? Ведь есть соединения, способные запасать и большие количества энергии.

Ответ оказался прост - фосфаты и полифосфаты - весьма распространённые в природе соединения. К тому же, запасая энергию в макроэргических связях и отдавая её при гидролизе они "убивают двух зайцев" - дают энергию для продолжения реакции и утилизируют воду, образующуюся в качестве побочного продукта. А первое, чему учат химиков - это то, что один из самых надёжных способов сдвинуть равновесия в реакции в сторону желаемых продуктов - убрать побочные, с чем прекрасно справляются полифосфаты.

Тогда получается, что нуклеиновые кислоты, воспроизводя себя из нулеозидтрифосфатов, воспроизводят себя за счёт автокаталитической реакции. Становится понятно, почему именно они стали носителями наследственной информации - способны образовывать водородные связи с аминокислотами, катализируя синтез белков и  образуются в ходе энергетически выгодного автокаталитического процесса.

В общем, кому интересно - может почитать ещё и сам: "Биохимия", Ленинджер, страницы 869- 894.

Исходя из изложенного выше, логично заключить, что гипотетической сущности "бог" в этой системе не место, ибо всё будет работать и без неё. Соответственно, по правилу бритвы Оккама, её стоит удалить. Что я и сделал.

Если кому-то кажется унизительной мысль, что мы образовались путём неразумной и не руководимой эволюции, я могу им лишь напомнить - мы образовались САМИ! Без чьей-либо помощи. А ведь людям свойственно восхищаться теми, кто добился чего-то сами по себе, вне зависимости от способов.

Почему же нельзя гордиться и восхищаться своею же эволюцией?

Я горжусь эволюцией!