Белки- органические соединения, входящие в состав всех живых организмов.
Белки являются биополимерными макромолекулами и состоят из большого числа повторяющихся и сходных по структуре мономеров - аминокислот. В состав белка входит 20 аминокислот (причём 12 из них могут синтезироваться в человеческом организме, остальные восемь должны содержаться в нашей диете).
Простейшим примером аминокислоты является глицин:
Н О
H2N - С - С
Н ОН
Характерным физическим свойством аминокислот, содержащихся в живых организмах, является то, что все они способны отклонять поляризованный луч света. Оптическая активность аминокислот связана с их асимметричным строением.
Сегодня считается, что молекулярная асимметрия, а согласно современной терминологии, молекулярная хиральность, является отличительным признаком живой материи, присуща только живой материи и является её неотъемлемым свойством.
Научные исследования позволили выявить то специфическое, что на молекулярном уровне отличает живое от неживого.
Наиболее важным было выделение веществ из ядра клетки, которые обладали свойствами кислот и получили название нуклеиновые(то есть ядерные) кислоты.
Нуклеиновые кислоты являются материальными носителями генетического кода, который определяет последовательность аминокислот в белках. Именно эта генетическая информация программирует структуру и метаболическую (метаболизм - обмен веществ) активность живых организмов.
Один тип этих кислот получил сокращенное название:
РНК- рибонуклеиновая кислота,
другой - ДНК- дезоксирибонуклеиновая кислота.
Молекула ДНК состоит из двух нитей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой, то есть свернутые в двойную спираль. Две нити ДНК удерживаются вместе водородными связями.
Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора белков организма, называется геном. Гены расположены в хромосомах- структурных элементах ядра клетки.
Хотя генетическая информация определяется последовательностью оснований в молекуле ДНК, сама эта молекула не принимает участия в синтезе белков. Она передаёт необходимую для этого информацию путем образования молекулы РНК.
Синтез ДНК и РНК происходит в клеточном ядре, а синтез белков в цитоплазме, окружающей клеточное ядро.
В решении вопроса о происхождении жизни сегодня самым сложным считают характеристику структурных и функциональных особенностей доклеточного предка.
Современной биологии хорошо известно, что для саморепродукции нуклеиновых кислот (основы генетического кода) необходимы ферментные белки, а для синтеза белков - нуклеиновые кислоты.
В связи с этим встаёт вопрос,
- что же было первичным - белки или нуклеиновые кислоты?
- Если они возникли не одновременно, то на каком этапе эволюции произошло их объединение в единую систему?
Все существующие на этот счёт концепции составляют основу двух гипотез: гипотезы голобиоза и гипотезы генобиоза.
В основу гипотезы голобиоза заложена идея о том, что структурную основу доклеточного предка -биоида- составляют жизнеспособные открытые микросистемы, типа клеточной, способные к элементарному обмену веществ при участии ферментативного механизма.
Сторонников этой гипотезы объединяют две главные позиции:
- признание первичности белковой субстанции, способной к автокатализу, близкому к ферментативному,
- и отсутствие систем с функциями генетического кода.
Появление нуклеиновых кислот в этой гипотезе рассматривается как итог эволюционных процессов.
Слабым звеном этой теории является её неспособность объяснить самовоспроизводство белковых систем, то есть объяснить, как произошёл скачок от неживого к живому.
Сторонники гипотезы генобиоза считают, что первичной быламакромолекулярная система, подобная гену, способная к саморепродукции.
Общее признание в рамках гипотезы генобиоза получила идея, согласно которой молекулярным «блоком», составившим основу для зарождения живого, могла быть одна из макромолекул ДНК или РНК.
Но какая из этих информационных молекул появилась первой?
В настоящее время доказано, что передача генетической информации идёт в направлении ДНК ® РНК ® белок. Но современная ДНК сама по себе беспомощна, она может функционировать только при наличии ферментов-белков. Как же она могла существовать ранее?
Ответ был получен к концу 1980 годов.
Первичной была признана молекула РНК.
Оказалось, что молекула РНК наделена такой же генетической памятью, как и ДНК. Было установлено, что молекула РНК вездесуща - нет организмов, в которых отсутствовала бы РНК, но есть множество вирусов, геном которых составляет РНК, а не ДНК.
Кроме того, оказалось, что возможен перенос генетической информации от РНК к ДНК при участии фермента ревертазы, который был открыт в начале 1970-годов.
В начале 1980 годов была установлена способность РНК к саморепродукции в отсутствие белковых ферментов, то есть открыта её автокаталитическая функция.
В результате сформировалось чёткое представление о том, что древняя РНК совмещала в себе каталитическую и информационно-генетическую функции, она могла эволюционировать.
Сегодня уже очевидно, что процесс эволюции шел от РНК к белку, а затем к образованию молекулы ДНК, у которой С-Н-связи более прочны, чем С-ОН-связи РНК и лучше содействуют реакциям фосфорилирования и полимеризации аминокислотных остатков.
НОН2С О ОН НОН2С О ОН
Н Н Н Н
Н Н Н Н
ОН ОН ОН Н
рибоза 2-дезоксирибоза
(компонент РНК) (компонент ДНК)
Так в настоящее время решается центральный вопрос проблемы происхождения жизни на Земле - вопрос об эволюции доклеточного предка живой материи.