Концепции голо и генобиоза

Из центральных вопросов гипотез происхождения жизни на Земле является вопрос о характере той предбиологической системы, которая предшествовала появлению «живых систем», т.е. субстанций, наделенных признаками жизни.

1) концепция голобиоза. Первична структура, типа клеточной, наделенная способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментативного механизма. К этой группе относится гипотеза А.И. Опарина.

2) концепция генобиоза (голый ген). Первична молекулярная система со свойствами первичного генетического кода. Сторонником теории генобиоза был Дж.Холдейн. С идеей первичности молекулярной системы тесно связано одно из фундаментальных свойств живой материи – способность к стереоспецифической комплементарной репродукции. Л. Пастер, исследуя строение кристаллов солей и их водных растворов виноградной кислоты биологического происхождения, обнаружил у них оптическую активность, т.е. способность отклонять поляризованный луч. Он открыл неотъемлемое свойство живой материи, что в последствии получило название молекулярной хиральности. У солей и их растворов виноградной кислоты небиологического происхождения этого свойства не наблюдалось, неживая материя всегда симметрична. Наличие ассиметрии свидетельствовало о молекулярной природе этого явления.

Л. Пастер задался этим вопросом. Ответ его был достаточно определенным. Превращение молекулярносимметричных веществ неживой природы в молекулярнодисимметричные живой неразрывно связан с происхождением живой материи. По мнению Л. Пастера, это могло происходить постепенно, по мере воздействия на неживую косную материю особых «диссимитричных сил», вызывающих диссиметризацию молекул этой материи. Силы эти носили космических характер и могли быть мощными электрическими разрядами, геомагнитными колебаниями, вращением Земли вокруг Солнца и т.д. Воззрения Пастера относятся к концепции генобиоза, т.к. Пастер первым (в этом его заслуга) рассмотрел проблему зарождения жизни из неживой материи на молекулярном уровне.

В настоящее время считается, что в преджизненный период образования на Земле органических соединений возникал только рацемат – хаотическая смесь органических молекул обеих пространственных конфигураций. Рацемат, возникший при абиогенном синтезе органических молекул, был примером равновесного, симметричного состояния конечного продукта синтеза.

При переходе к жизни у соответствующих органических соединений вдруг произошла сортировка молекул и возникла хиральность. Как это произошло, почему у белков отсортировались молекулы с L – конфигурацией, а у ДНК и РНК – молекулы с D – конфигурацией? На эти вопросы пока ответа нет. Однако можно высказать предположения, опираясь на понимание процессов самоорганизации в природе.

Переход к жизни, рассматриваемый как самоорганизация вещества, мог произойти в условиях, когда открытая система (предшественница биосферы) находилась вкрайне неравномерном, критическом состоянии. Присущая биосфере хиральность подтверждает, что именно таким и было состояние перехода. Возникновение хиральности потребовало определенных энергетических вложений, необходимая энергия поступала извне. Что касается L – и D – конфигураций, то наблюдаемые особенности молекул белков и нуклеиновых кислот биосферы могли возникнуть по чисто случайным причинам, закрепившись затем в генетическом аппарате, но не исключено и то, что здесь присутствуют какие – то пока нам неизвестные важные для жизни причины.

Переход от рацемата к хиральности не мог произойти в ходе эволюционного, плавного развития, здесь имел место скачок со всеми характерными чертами самоорганизации вещества, т.е проявились характерные черты фазового перехода.

Таким образом, считается, что одновременно с генетическим возник и стереохимический код. Его функцией стало кодирование построения хирально чистых мономеров, наличие которых необходимо для комплементарного взаимодействия молекул субстрата и ферментов при биохимических реакциях. По своей химической природе эти мономеры были макромолекулами РНК. В возникновении хиральности, а также первичных молекул РНК имел место скачок, а далее шел процесс эволюции от РНК к белку, а затем к образованию молекулы ДНК.

Установлено, что хиральная чистота живых организмов важна: полимеры хирально нечистого состава менее прочны, медленнее растут и быстрее разрушаются, чем хирально чистые.