Клетка состоит из 40
миллионов больших и средних молекул, участвующих вместе с малыми молекулами
в 2-5 тысячах типов химических реакций-некоторые из них проходят в 20-30
стадий.
В клетке имеется примерно 10 тысяч рибосом - больших молекул, на которых
собирается несколько тысяч типов белков. Каждая из рибосом собирает в
среднем одну молекулу белка в секунду. Сборка каждой молекулы белка
представляет собой операцию, во время которой сшивается в определенном
порядке несколько сот аминокислот, что, в свою очередь, означает подборку
нужных аминокислот, расстановку их по местам, удаление из каждой пептидной
связи молекулы воды. Одновременно в клетке содержится миллиард молекул
аминокислот, один процент которых связан в белках, остальные "находятся в
работе".
Основная информация об устройстве клетки, о конструкции каждого белка
записана в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК, - и определяется
порядком, в котором расположены в ДНК азотистые основания - аденин, тимин,
гуанин и урацил, которые закреплены на углеводно-фосфатных цепочках. Каждая
"буква" такой записи - тройка оснований в той или иной последовательности.
В молекулах ДНК бактериальной клетки содержится 2-5 миллионов троек, то есть
примерно 6-15 миллионов оснований, расположенных в строго определенном
порядке. В молекулах ДНК клетки человека - примерно 3 миллиарда оснований.
Процесс размножения клетки не убавляет сложностей. Для размножения требуется
изготовить большое число новых белков, а также снять копию с молекулы ДНК.
Эта операция происходит так: двойная спираль ДНК расплетается и к каждой
.половинке пристраиваются новые азотистые основания, образующие точную копию
материнской молекулы. Затем сворачиваются в спираль и сшиваются половинки и
старой ДНК, и вновь изготовленной. В процессе репликации ДНК важную роль
играют вспомогательные белковые молекулы - ферменты, резко ускоряющие
биохимические реакции: эффективность ферментов такова, что какой-либо
химический цикл, "проходящий в присутствии ферментов за несколько минут, без
них мог бы длиться тысячи и миллионы лет.
Таким образом, проблема заключается в объяснении механизма образования и
репликации обладающей столь невероятной сложностью системы, равной которой
не было создано за все время научно-технической деятельности человека. Одна
из попыток подобного объяснения была предпринята А.И.Опариным, который еще в
1924 году опубликовал книгу "Происхождение жизни". В теории, которую Опарин
впервые выдвинул в этой книге и которую развивал на протяжении многих лет,
предполагается эволюция так называемых коацерватных капель до клеточной
сложности.
Коацерватная капля представляет собой сложный молекулярный агрегат,
насчитывающий тысячи и миллионы молекул и образующийся в водной среде
Мирового океана под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, распада
радиоактивного калия, молний, метеорных ударов, вулканизма и пр. В итоге в
коацерватных каплях могут быть сконцентрированы все органические,
предбелковые молекулы, образовавшиеся в Мировом океане. В воде, окружающей
эти капли, остаются только простые низкомолекулярные соединения.
Считалось, что именно коацерватные капли при определенных условиях могут
дать начало образованию первичных живых систем и оставалось только объяснить
природу качественного скачка от протобелковых молекул к молекулам белка, а
от нее - к живой клетке со всеми ее сложностями.
Более тридцати лет назад волна экспериментальных открытий, послужила
основанием для оптимизма: С.Миллером был осуществлен синтез одной из
аминокислот - цитозина, вслед за этим С.Понпамперумой, Д.Оро, Д.Фоксом были
детально изучены механизмы абиогенного синтеза практически всех
биомономеров, встречающихся в живой природе. Следующим этапом исследований
должен был стать второй этап химической эволюции - построение биополимеров -
молекул белков и нуклеиновых кислот. Собственно говоря, этот процесс -
образование полимерных цепей из мономеров давно и хорошо известен, и было
необходимо, привязавшись к гипотетическим условиям первобытной Земли,
попытаться получить экспериментально белковые и нуклеиновые полимерные цепи.
И эти цепи были получены. Однако оказалось, что полученные полимеры нельзя
назвать белками или нуклеиновыми кислотами: существующая в биополимерах
строгая последовательность аминокислот, строгий порядок их расположения в
полимерной цепи получены не были, и если принять последовательность
аминокислот в живом полимере соответствующей какому-то осмысленному тексту,
то текст, записанный па полученных синтетических полипептидах и
полинуклеотидах, оказался похожим на хаотический набор букв.
В то же самое время, когда проводились многочисленные эксперименты,
долженствующие доказать возможность самопроизвольного зарождения жизни,
многими учеными были проделаны теоретические расчеты, оценивающие
вероятность этого события. Так, американский биохимик Г.Кастлер, исходя из
определенного объема "пробирки" - Мирового океана, в котором должны были
происходить искомые реакции, времени химической эволюции, оцениваемой им в 2
миллиарда лет и других достаточно приемлемых начальных условий, пришел к
выводу, что природа могла в этих условиях предпринять не более 1046 попыток
самосборки простейшей бактерии из мономолекулярных блоков.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211