Читать книгу Кувшин Маслчет – психология от страха боли до совести. Второе издание, исправленное - С. А. Четвертаков - Страница 11

Организм в научном понимании состоит из белков, а белки состоят из аминокислот. Каждая аминокислота – соединение 1) углерода с кислородом (карбоксильных групп, где carbo – уголь, а «оксиль» – кислород) и 2) аминных групп двадцати типов – азота с водородом, требующим участия воды. Белки тела образуют клетки. Каждая клетка живет от часов до двух суток и за время жизни копируется с помощью генетического кодирования посредством двух типов специальных органических групп – макромолекул в виде вариантов нуклеиновой кислоты ДНК и РНК (число атомов до нескольких миллионов)5. Эти макромолекулы состоят из последовательности звеньев, которые кодируют наследственную информацию для построения белков при копировании клеток в организме.

ДНК содержит всю информацию о клетке как архив данных наследования, а РНК является, как понималось ранее в науке, промежуточным средством для копирования и формирования (синтеза) новых белков, прежде всего, для создания белков при воспроизведении новой клетки.

Но представление о значении РНК перевернули исследования ученых (США и др. стран) во второй половине XX-го века. Известное до того материалистическое «коарцерватное» (капельное) направление идей появления Жизни Опарина-Холдейна получило развитие в результатах новых генетических исследований. Карл Вёзе (Carl R. Woese) сличил составы РНК у разных представителей живого микромира [Woese C., 1967]. Он предположил возможность самоусложнения РНК как независимого объекта эволюции. Он же свел классификацию простейших форм Жизни на самом высшем уровне к трем доменам (надцарствам): архей, бактерий и эукариотов. Через год Лесли Орджел (Leslie E. Orgel) пришел к выводу о способности РНК к самостоятельной репликации без участия белков [Orgel L., 1968]. Он провел опыты c приспособлением самих РНК к введенным ядам.

Пол Берг (Paul Berg) обнаружил органических предшественников молекулам РНК в их активности и функциях. Он исследовал рекомбинации ДНК, мутации и их искусственное воспроизводство (1972), то есть разборки и сборки групп нуклеотидов – склеивания участков генетического кода. Фредерик Сенгер (Frederick Sanger) создал способы анализа динамики или истории ДНК в эволюции, то есть «вычисления последовательности» (sequencing = секвенирования) частей кода в процессах изменений ДНК. Оба вместе с Уолтером Гилбертом (Walter Gilbert), работавшим с Сенгером, получили за это втроем Нобелевскую премию в 1980-м. А в 1982 году Томас Чек (Tomas Cech) и Сидни Олтмен (Альтман) открыли каталитическую способность РНК (Нобелевская премия 1989). Это свойство объяснило формирование Жизни как особой химической надстройки управления биохимическими реакциями или «реакции над реакциями». Общий результат позволил Уолтеру Гилберту в 1986 году назвать полученное представление о роли каталитической функции РНК в появлении Жизни «гипотезой Мира РНК» [Gilbert W., 1986].

Что же означает каталитическая способность РНК?

Химические реакции в природе идут естественным образом при случайном соединении реагентов. Всякое химическое взаимодействие означает рост энтропии (беспорядка) и выделение излишней энергии как результата. Однако во многих случаях для реакций и выделения лишней энергии требуется участие третьих веществ или условий. Такие третьи – естественные или примененные человеком – именуются катализаторами. Они снижают порог запуска реакций. Но их особенность в том, что они сами не исчезают и не реагируют – иначе они были бы простыми участниками таких реакций. Ржавчина на железе – результат воды как катализатора – ускорения окисления (соединения с кислородом и образование окисла железа) с помощью воды. То же случается и в химии белков – живого. Катализаторы реакций в мире органических веществ именуют ферментами (греч. закваска) или энзимами. Это белковые вещества (молекулы или их агрегаты), пригодные для ускорения химических реакций в среде белков. Позже такие катализаторы мы назовем организмом. Но это не простые добавки, а многомолекулярные соединения в составе тысяч и миллионов молекул.

Мы продемонстрируем идею катализированной реакции в виде буквенной модели, чтобы не приводить примеры с названием химических веществ. Подлинные примеры лишь затруднят понимания смысла, суть явления. В анализе каталитической реакции сырье для неё – сами реагирующие вещества – именуются субстратами, а результат реакции – продуктами. Пусть субстраты A и B пригодны для взаимодействия и выработки продуктов C и D лишь в случае присоединения фермента, обозначаемого буквой F. Естественно, такие реакции возникают в случае неустойчивых комбинаций (растущей энтропии), в которых реакция (A + B) идет с выделением энергии. Фермент F снижает энергетический порог реакции или ускоряет операцию, выступая как выборочный ключ к запуску.

Катализ. То, что Человек в производственной практике обнаружил в катализе, было достижением, стало использоваться в химии, но само по себе не вызывало внимания. Но внезапно ферментация сама оказалось в центре не только биохимии, но и философии развития Жизни.

Ниже чисто условно приведена модель действия фермента F при осуществлении реакции взаимодействия субстратов A + B. Два субстрата вступают с собой во взаимодействие в присутствии фермента F. В результате возникают продукты реакции C + D и возобновленный или оставшийся неизменным сам фермент F. Говоря обобщенно, тройка A + B + F преобразуется в C + D + F, где F выходит «сухим из воды» (реакции).

До нового взгляда на воспроизводство жизни фермент представлялся пассивной добавкой и условием другого и важного. В новом понимании природы фермент осознается как самое важное. Фермент – инициатор реакции или объект, управляющий реакцией, или образно говоря «реактор реакции». Такая ферментация минимально двухфазная. В ней на первом этапе выделяется энергия освобождения, а на втором эта энергия (или её часть) поглощается восстанавливаемым объектом F.

В новой интерпретации объект F извлекает энергию из доступных (подчиненных) объекту-ферменту материалов среды A и B для продолжения своего существования, то есть своего воспроизводства посредством взаимодействия с A-B средой. И это революция в химии и в самой жизни природы.

Чем отличается фермент (или энзим) – катализатор в случае, когда им оказывается РНК, от всех других белковых катализаторов? Он включает наследственный код для копирования свойств наследования. Следовательно, каталитическое применение F=РНК является природным в среде A-B воспроизводством (репликацией) наследственного кода и самого объекта. Так макромолекула РНК в функции катализатора оказывается саморазмножающимся, то есть автореплицируемым в среде объектом. Не трудно себе представить, что за воспроизводством объекта с наследуемыми свойствами может стоять и расширение (использование, потребление) материалов среды. Процесс воспроизводства совершенствовался и увеличивал длительность существования ферментного многомолекулярного комплекса F. Потребление материалов среды могло означать и накопление запасов энергии, и безопасность – оболочку и средства борьбы с опасными элементами среды E, G и т. п. Сам РНК-код, улучшаемый в отборе как некое ядро, мог развивать и строить вокруг ядра вспомогательные части (органеллы) для энергетической поддержки и мембрану – оболочку внешней безопасности от опасных воздействий среды.

Такой вывод сделали биологи и позже провели множество экспериментов, повторяющих и расширяющих эти результаты. Все они дают основания полагать, что главным и ранним исполнителем-копировщиком и средством копирования в клетках в некоторый момент пребиотической (чисто органической еще не живой) эволюции стала именно макромолекула с начальными свойствами наследуемости. Таким образом РНК – первая структура, адаптирующаяся в среде химического и энергетического разнообразия как реплицируемая (передающая свойства), потребляющая энергию среды и совершенствующая устойчивость и безопасность. Две последние функции, надстроенные над репликацией, означают адаптацию к среде, и потому их носитель оказывается объектом Живого.