|
|
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
 |
|
Промышленность и Производство Техника
Эволюция биологических механизмов запасения энергии |
Забавная пачка "5000 дублей". 
Ночник-проектор "Звездное небо и планеты", фиолетовый. ЭВОЛЮЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ЗАПАСАНИЯ ЭНЕРГИИ В основу эволюционной концепции биоэнергетики положена гипотеза о том, что на заре становления жизни адениновая часть АДФ и АДФ-со-держащих коферментов использовалась в качестве антенны, улавливающей ультрафиолетовый свет, который в те времена достигал поверхности океана. Поглощение ультрафиолета облегчало образование АТФ из АДФ и H3PO4 или стимулировало протекание реакций, катализируемых коферментами. ВВЕДЕНИЕ Использование внешних энергетических ресурсов для совершения полезной работы — универсальная функция всех живых систем. Столь же непреложным фактом является то обстоятельство, что химия современной жизни базируется прежде всего на процессах, осуществляемых белками и нуклеиновыми кислотами. Что касается белков, то их выдающаяся роль в жизненных явлениях объясняется, скорее всего, необычайным разнообразием свойств молекул этого класса, обусловленным наличием в их структуре самых различных химических группировок, которые удается уникальным образом расположить в пространстве. Вот почему среди биохимиков бытует афоризм: "Белок может все". Однако в явном противоречии с этой максимой находится факт, состоящий в том, что такие важнейшие функции клетки, как хранение и реализация генетической информации, обеспечиваются прежде всего нуклеиновыми кислотами, а составляющие их мономеры-нуклеотиды используются клеткой в качестве коферментов и "конвертируемой энергетической валюты". В принципе можно представить себе, например, особый белок, кодирующий структуру других белков (как думал когда-то Н.К. Кольцов) или коферменты, сделанные из аминокислот либо других веществ ненуклеотидной природы. И если этого в действительности не происходит, то нужно искать какие-то достаточно веские основания. Ниже изложена концепция, предполагающая, что решение загадки лежит в происхождении жизни. Современные биохимические механизмы, без сомнения, несут на себе отпечаток эволюционного прошлого, так сказать, "родимые пятна" своей истории. Не исключено, что выбор пал на нуклеиновые кислоты по причине, сегодня уже не актуальной, но сыгравшей решающую роль на заре становления живых систем. От редакции. Приняв решение опубликовать данную статью, редколлегия пошла на нарушение правила не публиковать статьи, содержащие лишь собственные гипотезы авторов и не посвященные исключительно описанию последних достижений мировой науки в области интересов автора. Такое отступление от правила объясняется тем, что автор разработал общебиологическую гипотезу, интересную во многих отношениях. Исходной посылкой в нашем рассуждении будет гипотеза о том, что в те далекие времена, когда зарождалась жизнь, азотистые основания нуклеотидов служили той антенной, которая улавливала ультрафиолетовые кванты, ответственные, как мы полагаем, за энергообеспечение первичных биохимических реакций. В развитие этой системы взглядов рассмотрим возможные пути возникновения основных энергетических механизмов современных живых существ. "УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ФОТОСИНТЕЗ" С АДЕНИНОМ В КАЧЕСТВЕ АНТЕННЫ, УЛАВЛИВАЮЩЕЙ СВЕТ. Синтез АТФ из АДФ под действием ультрафиолетового света.
Путь от смеси органических и неорганических молекул к первой живой клетке был, по-видимому, столь долог, что требовался некий постоянный источник энергии, доступный в течение всего периода возникновения жизни. Среди возможных кандидатов на роль такого источника, пожалуй, предпочтительнее всего ультрафиолетовый свет. Он поглощается любыми химическими веществами, резко повышая их реакционную способность благодаря большому запасу энергии ультрафиолетового кванта. Есть основания считать, что на заре биологической эволюции ультрафиолетовые кванты свободно достигали поверхности Земли, лишенной в те времена современной кислородсодержащей атмосферы с ее поглощающим ультрафиолетовый свет озоновым слоем. Моделируя атмосферу древнейшей Земли, К. Саган пришел к выводу о существовании в ней "окна" в области 240—290 нм, прозрачного для ультрафиолетового света, поскольку основные простые компоненты этой атмосферы (Н2О, СН4, H3, СО2, СО и HC ) поглощают свет короче 240 нм, а формальдегид, также входивший, как полагают, в ее состав, имеет максимум поглощения длиннее 290 нм. Именно в этом "окне" располагаются спектральные максимумы пуринов и пиримидинов. Еще в 60-е годы С. Понамперума и сотрудники экспериментально показали, что облучение ультрафиолетовым светом синильной кислоты ведет к химическому синтезу аденина и гуанина. Обнаружено также, что облучение смеси метана, аммиака, водорода и воды вызывает образование как пуринов, так и пиримидинов, причем с наибольшим выходом для аденина. Ультрафиолетовый свет можно использовать также для синтеза аденозина из аденина и рибозы и далее аденозинмоно- и дифосфатов из аденозина и этилметафосфата. Но, пожалуй, наиболее важный опыт был поставлен теми же авторами с АДФ. Оказалось, что облучение смеси АДФ и этил-метафосфата ультрафиолетовым светом дает АТФ с достаточно хорошим выходом, причем этот процесс демонстрируется в строго стерильных условиях и в отсутствие каких-либо белков. К. Саган и С. Понамперума приводят следующие доводы в пользу заключения о том, что в качестве антенны для ультрафиолетового света аденин имеет преимущества по сравнению с другими пуринами и пиримидинами: 1) наибольшее поглощение света в спектральном "окне", о котором шла речь выше; 2) наибольшая стабильность к разрушительному действию ультрафиолетового света и 3) большее время жизни возбужденного состояния, возникающего в ответ на поглощение ультрафиолетового кванта. Расчеты Л.А, Блюменфельда и М.И. Темкина привлекли наше внимание к тому факту, что величины изменения свободной энергии при нарушении ароматической структуры аденина близки к энергии реакции синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Приняв во внимание все названные выше обстоятельства, мы предположили следующий механизм фосфорилирования за счет ультрафиолетового света в первичных живых клетках: 1) адениновая часть АДФ поглощает ультрафиолетовый квант, что переводит ее в возбужденное состояние с нарушенной системой двойных связей. При этом аминогруппа аденина, соответствующая в обычном состоянии ароматической, приобретает свойства алифатической, что облегчает ее электрофильную атаку атомом фосфора неорганического фосфата; 2) возбужденный аденин АДФ фосфорилирует-ся, давая изомер АТФ, третий фосфорил которого находится при аминогруппе аденина; 3) фосфорил переносится с аденина на конечный (второй) фосфат АДФ.
Такой перенос должен облегчаться тем обстоятельством, что расстояние между аминогруппой аденина и вторым фосфатом в АДФ в точности равно размеру еще одного (третьего) фосфатного остатка. Перенос фосфорила с аде-ниновой "головы" нуклеотида на фосфатный "хвост" должен сопровождаться его стабилизацией, поскольку весьма лабильный фосфоамид заменяется на менее лабильный фосфоангидрид (рис. 1). Стадии 2 и 3 гипотетичны и призваны объяснить механизм синтеза АТФ под действием ультрафиолетового света в опытах С. Понамперумы и сотрудников . АДЕНИНСОДЕРЖАЩИЕ КОФЕРМЕНТЫ. Аденин и реже другие пурины или пиримидины входят в состав ключевых коферментов и простетиче-ских групп ферментов, таких, как никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД ), никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ ), флавинадениндинуклеотид (ФАД), кофермент А (КоА), тиаминопирофосфат (производное витамина B1, витамин В12. Все эти соединения, как правило, построены по одному и тому же принципу. Они содержат: 1) ту или иную функциональную группу, непосредственно участвующую в катализе, 2) пурин или реже пиримидин и 3) гибкую связку, позволяющую сблизить две другие части молекулы. Особенно наглядно устройство динуклеотидов: в них плоские остатки никотинамида (в НАД и НАДФ ) или шоаллоксазина (в ФАД) лежат на также плоском остатке аденина. Продемонстрирован перенос энергии от остатка аденина к остатку никотинамида или изоаллоксазина в ответ на поглощение аденином ультрафиолетового кванта. Поэтому можно предположить, что аденин, возбуждаясь ультрафиолетовым светом, передавал энергию на функциональную группу кофермента, который использовал эту энергию для проведения энергоемких химических реакций (например, восстановления простых веществ среды до более сложных соединений первичной клетки). Рис. 1. Схема "аденинового" фотосинтеза – предполагаемого первичного механизма запасания энергии в живой клетке. Квант ультрафиолетового света поглощается адениновой частью аденозиндифосфата (АДФ), переводя ее в возбужденное состояние. Возбуждение облегчает присоединение неорганического фосфата (Ф) к аминогруппе аденина. В результате образуется ФАДФ, изомер аденозинтрифосфата (АТФ), где третий фосфат присоединен не к пирофосфатному "хвосту", а к адениновой "голове" АДФ. Затем происходит перенос фосфата от "головы" к "хвосту" с образованием обычного АТФ. РНК, ДНК, БЕЛКИ И МЕМБРАНЫ. В дальнейшем не слишком специфичный и нерегулируемый катализ, осуществляемый низкомолекулярными коферментами, был дополнен (а затем и вытеснен) процессами с участием высокомолекулярных катализаторов-ферментов, отличающихся огромной избирательностью в отношении субстратов и возможностью регулировать катализ. По-видимому, первыми ферментами были рибонуклеиновые кислоты (РНК) — полимеры, составленные из мономеров-нуклеотидов. Можно полагать, что адениновый фотосинтез катализировался комплексами РНК с магниевыми солями АДФ и фосфата. При этом РНК могла бы выполнять также роль антенны, собирающей ультрафиолетовый свет и передающей возбуждение на АДФ. Надо сказать, что еще и сегодня в некоторых (весьма немногочисленных) случаях биохимические реакции могут катализироваться в искусственных условиях рибонуклеиновыми кислотами (так называемыми рибозимами).
Снабжать энергией устройства ремонта будет несложно: клетки естественным образом содержат химические вещества, которые дают энергию наномашинам. Природа также показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в вашем теле клетки постоянно себя переделывают, и молодые животные стремительно растут, не изжаривая себя выделяемым теплом. Чтобы распорядиться теплом от подобного уровня активности ремонтных машин, потеть не придётся, а если даже и придётся, то не слишком сильно, если неделя потения – это цена здоровья. Все эти сравнения машин ремонта с существующими биологическими механизмами поднимают вопрос того, будут ли машины ремонта способными улучшить нашу природу. Ремонт ДНК даёт ясную иллюстрацию. Также, как неграмотная ""машина по ремонту книг" "могла бы распознавать и восстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могут распознавать и восстанавливать разрывы и перекрёстное связывание в ДНК. Исправление ошибок записи (или мутаций), тем не менее, требовало бы способности читать. В природе не существует таких машин ремонта, но их будет легко построить
1. Биологические механизмы повышения аэробной и анаэробной производительности спортсменов
2. О теории биологической эволюции
3. Эскиз к портрету биологической эволюции
4. Дупликационная модель биологической эволюции
5. Механизмы имплантации в металлы и сплавы ионов азота с энергией 1-10 кэВ
9. Строение и эволюция Вселенной
10. Строение и эволюция звезд и планет
12. Эволюция, образование и структура Вселенной
13. Возникновение и эволюция жизни
14. Эволюция цветка
15. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА
16. Биологические особенности двоякодышащих и кистепёрых рыб
Игра настольная развивающая "Лесные животные". 
Мобиль музыкальный "Забавы" (2 режима). 
Уничтожь меня! Уникальный блокнот для творческих людей. Смит К.17. Эволюция и происхождение человека
18. Ответы к государственным экзаменам для эколого-биологического факультета ПетрГУ
19. Биологические периоды в жизни птиц
21. Теория Эволюции (шпаргалка)
25. Финансовая политика государства и механизм ее реализации
26. Налоги: типы, эволюция. Теория налогообложения
27. Механизм фашистской диктатуры в Германии
28. Механизм фашистской диктатуры
29. Основные права, свободы и обязанности и механизм их реализации
30. Законотворчество и механизм реализации законов
31. Феодальное государство (экономическая основа, сущность, механизм, функции и формы)
32. Эволюция обязательного экземпляра
Мобиль музыкальный "Рыбки" (звук, 2 режима). 
Магнитно-маркерная доска, 53x41 см. 
Горшок эмалированный с крышкой, 1,5 л. 33. Особенности становления и эволюции мирового и отечественного дизайна
34. Эволюция чувства свободы (по произведениям Пушкина)
35. Глобальная история Вселенной от океана «чистой» энергии до Третьей Мировой Ядерной войны
36. Античность - средние века - новое время. Причины и механизмы смены эпохи
37. Эволюция
41. Механизмы наследственности
42. Механизм формирования наркомании и алкоголизма
44. Физиологические механизмы психических процессов и состояний
45. Биологически активные вещества грибов
46. Доказательство Эволюции (Шпаргалка)
47. Белки, жиры и углеводы как источник энергии
48. Эволюция
Сахарница с ложкой "Лавандовый букет", 660 мл. 
Пакеты сменные одноразовые для дорожных горшков "HandyPotty", 35 штук. 
Овощерезка "Nicer Dicer Plus". 49. Могут ли восстанавливаемые виды энергии полностью заменить фоссильные топлива?
51. Экономические механизмы охраны природы
52. Создание и ведение Красных Книг - действенная форма сохранения биологического разнообразия
53. Хозяйственный механизм античного рабства /на примере Древней Греции и Древнего Рима
58. Электрооборудование и электропривод механизма подъема мостового крана
59. Механизм подъема мостового крана грузоподъемностью 15 т
60. Расчет электрического привода механизма подъема башенного крана
61. Механизмы Высокотемпературного Радационного Охрупчивания (Доклад)
62. Расчет механизмов – козлового консольного крана грузоподъемностью 8 тонн
63. Изучение механизмов металлорежущих станков
64. Разработка электропривода механизма передвижения мостового крана
Поильник Lubby "Mini Twist" с трубочкой, 250 мл. 
Багетная рама "Sandra" (серебряный), 40х50 см. 
Стол детский Little Angel "Я расту" (цвет: салатовый). 65. Клапаны газо-распределительного механизма и их отличие
66. Проектирование и исследование механизмов двигателя внутреннего сгорания
67. Любовь - инструмент эволюции
68. Память. Виды, формы, механизмы
69. Физиологические механизмы психических процессов и состояний
73. Биологическое и социальное в человеке
74. Аттракция как механизм социальной перцепции
75. Традиционные источники электрической энергии
76. Альтернативные виды энергии
77. Получение и использование электрической энергии
78. Современные теории получения экологически чистой энергии
79. Гипотеза как форма развития биологического знания
80. Биологическое и социальное в человеке
Настольная семейная игра "Ловушка для пингвина". 
Качели детские деревянные "Волна". 
Соковарка "Webber" ВЕ-06. 81. Проблема происхождения и эволюции человека
82. Научный креационизм. Противоречия теории эволюции
83. Химические преобразователи солнечной энергии
84. Модификация биологически активными системами синтетического полиизопрена
85. Фискальная политика и ее механизм. Особенности фискальной политики в РБ
91. Воздействие государства на механизм ценообразования
92. Сущность и эволюция развития рынка ценных бумаг, его функции и структура
93. Механизмы функционирования фондового рынка
94. Энергия земли
95. Рынок, его структура и механизм функционирования
96. Государственное регулирование в рыночных системах: эволюция, модели, тенденции
Фоторамка С31-004 Alparaisa "Family" на 4 фотографии, 46,5x38 см (темно-золотой). 
Кружка фарфоровая "Морская волна", 375 мл. 
Корзина "Плетенка" с крышкой, 35х29х17,5 см (белая). 97. Механизм ценообразования в условиях несовершенной экономики
98. Рынок: возникновение и эволюция
99. Современный механизм инфляции и методы ее преодоления
Совок №5. 
