43. Вирусы.

Вначале вирусы считали ядовитыми веществами, затем - одной из форм жизни, потом - биохимическими соединениями. Сегодня предполагают, что они существуют между живым и неживым мирами и являются основными участниками эволюции.

В конце XIX века было установлено, что некоторые болезни, вызывают частицы, похожие на бактерии, но гораздо более мелкие. Поскольку они имели биологическую природу и передавались от одной жертвы к другой, вызывая одинаковые симптомы, вирусы стали рассматривать как мельчайшие живые организмы, несущие генетическую информацию.

Низведение вирусов до уровня безжизненных химических объектов произошло после 1935 г., когда Уэнделл Стэнли (Wendell Stanley) впервые закристаллизовал вирус табачной мозаики. Обнаружилось, что кристаллы состоят из сложных биохимических компонентов и не обладают необходимым для биологических систем свойством - метаболической активностью. В 1946 г. ученый получил за эту работу Нобелевскую премию по химии, а не по физиологии или медицине.

Доводы за то, что они неживые: если поместить вирус под микроскоп и наблюдать за ним, то ничего не происходит. Для того, чтобы оно «начало жить», его нужно ввести в клетку. Вирус – это набор молекул, молекулекулярные паразиты живого. Вирус использует живую систему в своих целях. Все делает живая система, а вирус только пользуется продуктами деятельности этой системы.

Доводы за то, что они живые: клетка – окружающая среда вируса. Если поместить живой организм в вакуум, то он умрет. Точно так же и вирус, для него воздушная среда – вакуум. Молекулярная организация такая же, как у клетки живого организма: НК, белки, мембраны. С молекулярной точки зрения = это нормальный вариант жизни. Внутри живых объектов находят нуклеотидные последовательности сходные с нуклеотидными последовательностями вирусов.

Если принять, что вирусы живые то – клеточная теория живого отвергается; если вирусы живые, то и ДНК – живая; все более сложные структуры (кроме ДНК) имеют лишь одну цель – способствовать воспроизведению ДНК. В ходе эволюции создается клетка и ДНК «поняла», что это хорошо. Потом хорошо бы разделить на компартменты – возникли эукариоты. Хорошо бы рекомбинироваться – половое размножение. Потом многоклеточные существа. Среды обитания ДНК приспосабливались к окружающей среде, т. к. взаимоотношения с окружающей средой очень сложные, то возник разум. Следовательно, человек живет лишь для воспроизведения собственной генетической информации.

С помощью вирусов может происходить так называемый горизонтальный перенос генов (ксенология), то есть передача генетической информации не от непосредственных родителей к своему потомству, а между двумя неродственными (или даже относящимися к разным видам) особями. Так, в геноме высших приматов существует ген, кодирующий белок синцитин, который, как считается, был привнесён ретровирусом.

Ретровирусы – идет метод обратной транскрипции (ДНК по РНК).

Ретротранспозоны - перемещаются по геному путём обратной транскрипции с их РНК (транспозо́н — последовательность ДНК, способная перемещаться внутри генома в результате процесса, называемого транспозицией, один из классов мобильных элементов генома, которые, встраиваясь в геном, могут вызывать мутации). Сначала были ретровирусы. Они были в клетках и со временем утратили Env (белок вирусной оболочки), став транспозонами. Другая точка зрения – сначала были транспозоны. Но со временем по каким-то причинам появился Env, позволяющий выйти транспозонам из клетки в виде ретровирусов.

44. Эгоистическая ДНК. Важнейшая особенность живых систем - способность к размножению. Один из интересных философских подходов к смыслу этого процесса развил английский генетик Ричард Даукинс. Он считал, что гены - машины для выживания и самовоспроизведения. Мы созданы нашими генами. Мы живем, существуем для того, чтобы сохранить их и передать потомству, и служим лишь приспособлениями, обеспечивающими их выживание, после чего нас просто выбрасывают. Мир эгоистического гена - мир жестокой конкуренции. В первичном океане планеты Земля было много органических молекул. Попав в этот бульон, ген нашел в нем условия для выживания и размножения. Там были белки, нуклеотиды, аминокислоты. С их помощью ген стал размножаться. Однако возможности размножаться только с помощью подсобного материала оказались ограниченными. Тогда ген стал создавать вокруг себя все усложняющиеся белковые капсулы, защищающие его и обеспечивающие эффективное размножение в самых разных условиях среды. Эти-то белковые капсулы прошли эволюционный путь от вирусов и бактерий до самых сложных существ. Таких, как люди. Все эти организмы - не более чем инструмент сохранения генов и поддержание их неограниченно долгое время. Важнейший вопрос биологии - о происхождении жизни - теория “эгоистического гена” игнорирует. В последующие годы после выхода работ Даукинса к теории были сделаны существенные дополнения. Они связаны, в частности, с открытием так называемой молчащей ДНК. Оказалось, что наследственного материала - ДНК- в организме больше, чем нужно для их жизнедеятельности. Наряду с активной ДНК, входящей в состав работающих генов, есть еще какая-то неработающая, неизвестно зачем находящаяся в организме. Френсис Крик - один из открывателей структуры ДНК - сделал такое предположение. Возможно, нефункционирующая ДНК и есть те самые эгоистические участи генетического аппарата, эгоистические гены, единственная миссия которых - размножать себя. Реально функционирующие гены - инструменты, обеспечивающие выживание эгоистических. Именно эгоистические участки с помощью метеоритов переносятся от планеты к планете, обеспечивая вечность и преемственность жизни на разных планетах. Т. о. «эгоистический ген», «эгоистическая ДНК»-термины, которые устойчиво вошли в биологию для обозначения некодирующих участков генома.

Доказательство: Мигрирующие элементы генома: транспозоны и ретротранспозоны

• Транспзоны. Кодирует белок транспазазу, который способствует тому,чтобы данный участок дднк был вырезан и вставлен в другое место. не имеет ничего общего с кодированием жизненно важных функций. У млекопитающих, практически половина генома (45-48 %) состоит из транспозонов или остатков транспозонов

• ретротранспозоны.  Ретротранспозоны широко распространены у растений, где они часто являются важным компонентом ядерной ДНК. У кукурузы 49-78 % генома состоит из ретротранспозонов, у пшеницы около 90 % генома представлены повторяющими последовательностями. по стуктуре похожи на ретровирусы, но без капсида и без функции размножения

45. Интрон-экзонное строение гена. Роль в эволюции.

Открытие явления прерывности гена эукариот способствовало формированию представления о мозаичную строение гена - когда кодирующие последовательности ДНК в пределах того же гена разделяются некодирующими вставками с неинформационного, "молчаливого" ДНК. Кодирующие участки получили название - экзонов, а неинформационный материал - интроны.

Интрон-экзонная структура генома, практически невозможная у прокариот (так как рибосомы смогут транслировать незрелые мРНК), дает эукариотам определенную эволюционную мобильность. Учитывая протяженность интронных участков, рекомбинация между двумя генами зачастую сводится к обмену экзонами. Благодаря тому, что экзоны часто соответствуют функциональным доменам белка, участки получившегося в результате рекомбинации «гибрида», зачастую сохраняют свои функции. В то же время у прокариот рекомбинация между генами невозможна без разрыва в значащей части, что, безусловно, уменьшает шансы на то, что получившийся белок будет функционален.

46. Возникновение жизни. (по тейлору, грину, стауту и википедии)

Креационизм – жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом.

Самопроизвольное зарождение (распространение Китай, Египет). Аристотель – определенные «частицы» в-ва содержат некое «активное начало», которое  при подходящих условиях может создать живой организм. С распространением христианства – не популярна. Ван Гельмонт – эксперимент по созданию мышей за три недели.

Теория стационарного состояния – Земля никогда не возникала, а существовала вечно, виды тоже. Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Теории самозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

Теория панспермии. Не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внеземном происхождении. Жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в различных частях нашей галактики или вселенной.

Биохимическая эволюция. В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения . Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.

Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

·                    Возникновение органических веществ

·                    Возникновение белков

·                    Возникновение белковых тел

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты. Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Он поместил смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.

Современные научные представления

Химическая эволюция или пребиотическая эволюция — первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми бесспорно являются все углерод-содержащие молекулы.

Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.

Генобиоз и голобиоз

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

Генобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Мир РНК как предшественник современной жизни

К XXI веку теория Опарина—Холдейна, предполагающая изначальное возникновение белков, практически уступила место более современной. Толчком к её разработке послужило открытие рибозимов — молекул РНК, обладающих ферментативной активностью и поэтому способных соединять в себе функции, которые в настоящих клетках в основном выполняют по отдельности белки и ДНК, то есть катализирование биохимических реакций и хранение наследственной информации. Таким образом, предполагается, что первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК, а прообразом их мог стать автокаталитический цикл, образованный теми самыми рибозимами, способными катализировать синтез своих собственных копий.