Что такое жизнь с точки зрения
Sep. 14th, 2014 07:10 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
egovoruУспехи молекулярной биологии со времен Шредингера прояснили многое в механизме земной жизни, блестяще подтвердив гипотезу Н.К. Кольцова о матричном синтезе. (То, что в роли самовоспроизводящейся матрицы выступает ДНК, а не белок, как думал Кольцов – не столь существенно). Двойная спираль стала популярным символом этих открытий, особенно после замечательной книжки Уотсона с таким названием.
Тем не менее, макромолекула, воспроизводящая саму себя – это, на мой взгляд, еще не жизнь. Нужна еще способность этой молекулы к перекодировке информации – переводу ее на язык других символов. Иными словами, матрица должна не только воспроизвести самое себя, но и породить нечто, химически от себя отличное. Именно это отличное – белок – и можно использовать для создания структуры, не рискуя испортить вещество наследственности. Именно это отличное и подвергается воздействию среды, обеспечивая возможность естественного отбора.
На мой взгляд, возникновение механизма перекодировки информации – генетического кода – и представляет собой главную трудность при попытках представить себе происхождение жизни из неживой материи. Уж очень сложна эта процедура – для ее выполнения требуется целая наномашина, рибосома, состоящая из десятков белков и нескольких молекул РНК. Хуже всего, что даже самая примитивная бактерия уже обладает рибосомами, мало отличающимися от рибосом самых высокоорганизованных существ, а надеяться на обнаружение ископаемых остатков каких-то предшественников рибосом едва ли приходится.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2014-09-15 11:48 am (UTC)Сейчас мне кажется вполне вероятным, что такую молекулярную машинку, как я описал выше (чтобы она непрерывно удлинняла полимерную цепь, а в качестве горючего использовала АТФ, переводя ее в АДФ), и, таким образом, повторяла в грубом приближении то, что делает рибосома, построить в принципе нельзя - это своего рода вечный двигатель третьего рода. Однако это лишь мое предположение. Интересно бы было задать этот вопрос химикам.
no subject
Date: 2014-09-15 12:31 pm (UTC)Да, можно - сегодня можно химически синтезировать любой белок, и он будет работать точно так же, как природный.
Другое дело, что в практических целях никто так не делает, потому что химический синтез белка гораздо дороже, чем синтез биологический. Когда нам нужны какие-нибудь антитела, интерферон или др. белковые лекарства, то мы заставляем живые существа (чаще всего бактерий - по причине их дешевизны) вырабатывать их для нас. Бактерию просто генетически модифицируют таким образом, чтобы она вместо своих родных белков со страшной силой "гнала" нужный нам интерферон, и потом этот интерферон из нее выделяют.
Существует ли у живых существ фермент для непрерывного удлинения цепи из остатков одного и того же типа аминокислоты, о котором Вы пишете, я точно не знаю, но думаю, что нет. Просто потому, что цепи такого рода не оказались востребованы в клетке: они слишком "тупые" химически, с ними ничего толкового не сделаешь.
"это своего рода вечный двигатель третьего рода"
Не знаю, что такое "третьего рода", но никакого вечного двигателя здесь нет. На то, чтобы синтезировать АТФ, надо затратить энергию электрохимического градиента ионов на мембране, который, в свою очередь, создается либо за счет окисления макромолекул (т.е., сжигания дров), либо за счет энергии солнца (у растений). Надо сказать, что преобразование энергии в живых системах как раз очень хорошо изучено - есть даже специальная область науки, этим занимающаяся, биоэнергетика.
no subject
Date: 2014-09-15 03:23 pm (UTC)Хотел бы ещё раз уточнить: Вы точно знаете, что можно химически синтезировать мёртвый (искусственный) белок, который будет способен in vitro вырабатывать полипептидную цепь (другой белок)?
Я-то в этом совершенно некомпетентен.
Когда-то я случайно прочёл учебник органической химии для МГУ, и в нём что-то глухо говорилось о разнице между мёртвым и живым белком, с упоминанием вторичной и третичной структуры. Но за давностью уже плохо помню.
Хотя я и совершенно убеждён, что живое не может быть описано на уровне естествознания, но не знаю, где проходит граница - вполне могу представить, что синтез полипептидной цепи - это просто химия. Хотя не менее легко допускаю и обратное. Поэтому здесь мною движет чистое любопытство, никакого мировоззренческого беспокойства здесь у меня не примешано ;)
no subject
Date: 2014-09-16 09:15 am (UTC)Похоже на то, что авторов этого учебника любовь к метафорам подвела так же, как и меня ;) А с другой стороны, ведь и все наше абстрактное мышление - не что иное, как способность создавать метафоры - так куда же без них?
Здесь вот что имеется в виду. Связи между атомами в цепочке, которую представляет собой белок - в основоном одинарные, а следовательно, допускают вращение. Поэтому синтезированные белки спонтанно сворачиваются в некий клубок, принимая конформацию, наиболее термодинамически выгодную в данных условиях.
При этом, если термодинамическое состояние газа с хорошим приближением описывается только двумя переменными, состояние белка определяется десятками, если не сотнями переменных - куда, в частности, входят концентрации других химических компонентов клетки.
Именно это единственное состояние, термодинамические выгодное в условиях клетки, и является функциональным - т.е., белок работает, только будучи свернутым именно таким образом. (Иными словами, клетка приспособилась использовать именно то состояние белка, которое он в ней приобретает).
Испортить его очень легко - следует изменить один из тех сотен параметров, которые его определяют - скажем, температуру. Когда это случается, белок переходит в некое другое состояние, в котором он уже не способен выполнять свою функцию. Самый наглядный, из повседневной жизни известный пример этого - то, что происходит с белком куриного яйца (а он действительно состоит почти из чистого белка - вернее, их смеси - отсюда и название этого типа макромолекул) в процессе варки.
Соответственно, когда белок синтезируют химически, очень важно задать правильный набор параметров, определяющих его состояние - иначе он, хотя и будет состоять из правильной цепочки аминокислот (их последовательность называют первичной структурой белка), свернется он "неправильно" - т.е., не так, как в клетке, и работать не будет - будет "мертвым".
Для некоторых белков обеспечить правильные условия довольно легко, а для других - очень трудно. Скажем, так называемые мембранные белки - а их очень много, и они очень важны. Эти еще во время биосинтеза взаимодействуют с липидами мембраны (рибосома к ней специфическим образом прикрепляется), в результате чего в нее и встраиваются. Соответственно, при химическом синтезе таких белков им непременно нужно создать именно такие условия - возможность встраиваться в мембрану, иначе получится ерунда. Или, скажем, есть белки, которые еще в процессе биосинтеза связываются с другими белками, а без этой связи сворачиваются неправильно и не работают.
Да, а под "вторичной" и "третичной" структурами понимают как раз вот эту способность белка сворачиваться. Вторичная структура - это, так сказать, локальное сворачивание, образование микродоменов (в основном - спиралей), а третичная - укладка этих микродоменов в определенном порядке. Есть еще и четвертичная структура - это когда для обеспечения функции нужно собрать комплекс из нескольких белковых субъединиц, кодируемых разными генами.
Подвожу итог: "мертвый" белок - это не тот, который был синтезирован химически, а "живой" - не тот, который был синтезирован рибосомой. Мертвый - это тот, который, независимо от своего происхождения, имеет "неправильную" конформацию, в которой он не способен выполнять свою биологическую функцию.
Любой белок, синтезированный химически в правильно подобранных условиях, будет точно таким же "живым" - т.е., будет правильно работать, как и тот, который клетка делает сама. (Другое дело, что таким синтезом никто не занимается - слишком накладно).
no subject
Date: 2014-09-16 11:18 am (UTC)Был ли когда-либо искусственно создан белок, который бы стал вырабатывать другой белок???????????
no subject
Date: 2014-09-16 11:24 am (UTC)Дело не в том, что такой белок, производящий другой белок, нельзя создать в пробирке, а в том, что его, насколько я знаю, не существует и в природе ;) (За исключением тех синтетаз пептидов, о кот. я уже писала).
Если бы он существовал, то в пробирке его создать было бы можно. Основание для такого утверждения - силлогизм Аристотеля: всякий белок можно создать в пробирке; гипотетический белок, производящий другие белки, был бы белком; следовательно - ... ;)
no subject
Date: 2014-09-16 12:55 pm (UTC)(С силлогизмом там тоже не все в порядке, ведь нужно создать не просто белок, как химическую формулу, а белок работающий, то есть способный осуществлять указанную функцию).
no subject
Date: 2014-09-17 10:51 am (UTC)Об этом я уже писала: смотря что мы хотим моделировать. Если конечный результат - то да, но если процесс - то нет. Как естествоиспытатель, я склонна думать именно о процессе как о предмете моделирования, и для меня нечто, что достигает той же цели совершенно другим способом - не модель.
Для пояснения приведу в пример Deep Blue, обыгравшего Каспарова в шахматы: хоть он (компьютер) и обыграл, но его нельзя считать адекватной моделью человеческого мозга - потому что он обыграл, используя совсем другие способы, чем человек.
no subject
Date: 2014-09-17 11:03 am (UTC)Странно, что Вы не видите смысла в том, чтобы доказать, что неживое в принципе способно синтезировать белок, ведь без опытного доказательства никто не обязан в это верить.
no subject
Date: 2014-09-17 11:42 am (UTC)Для того, чтобы это доказать, вовсе не нужно, чтобы такой синтез осуществляла единичная молкула, ведь правда?
А искусственно синтезировать белок при помощи целого технического агрегата мы давным-давно научились - я Вам уже давала соответствующую ссылку. Так что никаких сомнений в том, что можно искусственно синтезировать совершенно "живой", т.е., нормально функционирующий, белок, давным-давно нет ;)
no subject
Date: 2014-09-17 01:25 pm (UTC)Сделайте не единичную, а комплекс.
Пока Вы этого не сделали, Ваше поведение ничем не отличается от поведения изобретателя вечного двигателя - мол, у него всё давно работает.
В действительности, нет никаких оснований верить, что искусственно созданная молекулярная система в принципе способна делать то, что делает рибосома. То есть, что создание такого молекулярного робота не противоречит законам природы.
no subject
Date: 2014-09-17 11:03 pm (UTC)Идёт в зоопарке с экскурсией он,
- Смотрите, - ему говорят, - это слон. -
И снова не верит Фома: - Это ложь.
Совсем этот слон на слона не похож ;)
no subject
Date: 2014-09-18 06:13 am (UTC)Я нахожу более вероятным то, что искусственное создание молекулярной машинки (то есть устройства в рамках законов физики и химии), которая бы, используя энергию реакции АТФ->АДФ, производила бы полимерную цепь, противоречит законам природы, чем то, что это возможно. Дело в том, что это смахивает на искусственное создание живого из неживого, чего не бывает.
Никто не мешает учёным меня опровергнуть, осуществив
самозарождение мышей в грязном бельеэто.no subject
Date: 2014-09-18 10:17 am (UTC)Что не означает, что это в принципе невозможно - невозможность ни из чего не вытекает. Тем более, что такое "создание" живой клетки означало бы просто-напросто сборку из готовых "запчастей", уже "изобретенных" эволюцией.
На мой взгляд, "созданием" можно было бы окрестить только создание чего-то, ранее невиданного. Вот если бы нам удалось создать нечто, что мы согласились бы назвать жизнью, на основе какого-то иного химического субстрата, чем существующая жизнь, тогда это было бы да ;)
no subject
Date: 2014-09-18 11:47 am (UTC)no subject
Date: 2014-09-18 11:51 am (UTC)Ну, уж так и ни из чего? Они вытекают - по принципу индукции - из нашего предыдущего опыта. Что - тут я совершенно согласна с Вами - вовсе не означает, что завтра мы не обретем некий новый опыт, который заставит нас пересмотреть до того принятые запреты.