Протоприоны как основа для формирования протоэнзимов.

[Андрей Александрович А.]

Ф.И.О. автора: Алья Андрей Александрович. В соавторстве участвовал родной дядя автора.
Тип текста: тезисы модели абиогенеза, стадии образования протоклетки.
Дата написания текста: 26 июля 2024 года, 16:35.
Тема текста: абиогенез.
Контакты автора: andreyalexandrovich89@mail.ru
 
Вопрос возникновения жизни в настоящее время намеренно стопорится на т. н. «идее нередуцируемой сложности», что на руку лженауке под названием «креационизм». Эта идея подаётся в массы молекулярными биологами, приводящими факты, что любые процессы в клетке происходят через ферментативные реакции, и все эти ферменты узко специализированные именно для конкретной задачи. В частности, «центральная догма молекулярной биологии»  1976-го года гласит, что все без исключения белки синтезируются строго через систему «ДНК-иРНК-рРНК-белок». Потом всё же добавили посттрансляционную модификацию белка, крайне неохотно. Негенетические механизмы наследственности  – цитоплазматическая наследственность, например, -  отвергались Большой Наукой сразу и не рассматривались вообще вплоть до подтверждённого во всём мире открытия ревертазы и обратной транскрипции в частности. И сейчас учёные-биологи работают «по догме» в подавляющем большинстве случаев, боясь судьбы Теодора Эвери, который в США доказал роль ДНК в наследственности, повторив эксперимент Чарграффа 1928-го года в 1940-х Его сделали посмешищем, чуть не посадили по политической статье и фактически выдавили из Большой Науки. Да, просто за новые взгляды и доказательство ошибочности прежних догм. Так же делают и с нынешними новаторами.
 
Более того, креационисты активно педалируют тот факт, что все стадии экспрессии генов – всё от гена, только от гена, никакой негенетической наследственности! – зависят на сто процентов от ферментов, а именно ДНК-зависимых РНК-полимераз. Сложность этого типа ферментов и крайне узкая специализация действительно делают его при малейшем химическом дефекте значительно или(и) полностью неработоспособным. На этом и держится «идея нередуцируемой сложности», которую показывают не столь искушённой публике без анализа и в качестве истины в последней инстанции.
 
Однако они «забывают» одно из правил эволюции, сформулированных Дарвиным: правило постепенной смены функции. В общем, оно гласит, что вначале можно выполнять одну задачу и со временем, постепенно «переключаться» на вторую, новую задачу. Дарвин говорил это об органах, но это применимо и к биохимическим механизмам тоже. К органоидам клетки – тоже.
 
В данном случае это можно применить и к формированию протоклеток, они же протобионты, в самом начале абиогенеза. В первичном бульоне с сильно кислой средой – сульфид водорода и все виды органических кислот, считая аминокислоты, поддерживали буферным образом pH на уровне 1-3 – формировались фосфолипидные бислои, которые образовывали глобулы как наиболее энергетически выгодную форму. Однако такие образования нестабильны и при достижении размера 1-5 мкм саморазрушаются за 1-2 часа в опытных условиях, которые имеют цель воспроизвести первичный бульон. Полимеризация идёт в кислой среде активно, и в первичном бульоне вскоре появилось много полипептидов, а затем и белков. Однако агрессивная химия вкупе с температурой – выше 100 градусов Цельсия, и не закипал «первичный бульон» благодаря растворам кислот с солями, и атмосферному давлению в сотни раз выше нынешнего, голоценового, - была причиной как полимеризации, так и денатурации белков, оба процесса происходили непрерывно. Как внутри глобул из фосфолипидов, так и вне их.
 
Однако с связи с (ре)полимеризацией белков начался процесс, который можно назвать предшественником естественного отбора – доэволюционная стадия развития жизни. Дело в том, что некоторые белки не денатурировали, оставались стабильными, а часть из них стала по аналогии с современными прионными белками строить свои структуры из растворённых в среде аминокислот. И создавать хаотические трёхмерные структуры, часть из которых стала напоминать каркас, протоцитоскелет. Химически соединяясь с фосфолипидным бислоем неспецифическим образом, он стабилизировал фосфолипидный бислой – подтверждено, что белковый каркас в современных клетках, он же цитоскелет. Таким образом, глобула стала распадаться не с полным разрушением, а как бы разбиваясь на несколько глобул различного размера – от 1 до 5 мкм. Прообраз клеточного деления.
 
Эти белки-стабилизаторы со способностью «достраивать» себя, можно точно назвать протоприонами, по аналогии с прионными белками и их самосборкой. Однако эта стабилизация фосфолипидного бислоя сделало порообразование на нём невозможным. Это усложнило попадание аминокислот и прочих органических мономеров.
 
Однако протеины способны образовывать структуры, аналогичные клеточным канальцам: белковые трубочки. Те протоклетки, у которых протоприоны стали образовывать эти трубочки, смогли получать приток мономеров и солей металлов, а не только воды и газов, как было раньше при простой жидкостно-газовой диффузии.
 
Однако полноценный метаболизм мог появиться лишь благодаря реакциям с внешней химией, поскольку истинных энзимов ещё не было. Однако белковые трубочки могли выполнять частично их функцию: при прохождении веществ по узкому каналу они с большей вероятностью отреагируют между собой. Таким образом, белковые трубочки стали протоэнзимами, как бы «соединяя» реагенты в водном растворе. Среди этих реакций – частичная и полная денатурация маломассивных ППЦ из внешней среды и денатурация под действием взятых из внешней же среды кислот. Обязательное условие для этого – протоприоны в составе белковой трубочки должны быть химически более инертны, чем ППЦ, которые будут «перевариваться».
 
Также часть белковых трубочек при денатурации – они тоже денатурируют, хоть и период денатурации у них длиннее «обычного» белка, - оказываются внутри протоклетки и присоединяются к протоприонному каркасу. И вполне способны выполнять функцию «химического миксера» и там тоже.
 
Таким образом, протоэнзимы обеспечили приток мономеров в протоклетку, что позволило формировать последующие примитивные в сравнении с нынешними структуры протоклетки. И следы «трубочного» строения протоэнзимов и первых энзимов заметны даже в строении рибосом, где будущий белок проходит черед длинный извитой канал, где происходит полимеризация.
 
Механизмы наследственности с ДНК – сама по себе ДНК и РНК без энзимов неспособна передавать наследственную информацию, будучи полезной разве что как структурная единица, которая до Эвери единственно приписывалась любой НК, - появились намного позже, когда энзимы стали достаточно сложными для работы с любым химическим «посредником».
 
 
 
 

[Шаройко Лилия]

Вот почему Вы не хотите писать помягче, без обвинений в такой резкой форме.
Неужели эта часть так важна
Можно же изложить эту же мысль в таком духе, что "в настоящее время общепринятая точка зрения такова, но я думаю, что она ошибочна потому что"...
Здесь таких линий море на форуме было и спокойно к ним длительное время относились.
Вас же забанят на длительный срок, не за идеи, а за  стиль и будет очень обидно(мне лично будет)
Вопросы поднимаются очень интересные и при более мягкой форме, иногда с некоторым упрощением, они бы больше обсуждались


По сути у меня только одно замечание(потом, что я не все области описанные в тексте знаю, часть знаю "с пятого на десятое")

Также часть белковых трубочек при денатурации – они тоже денатурируют, хоть и период денатурации у них длиннее «обычного» белка, - оказываются внутри протоклетки и присоединяются к протоприонному каркасу. И вполне способны выполнять функцию «химического миксера» и там тоже.

период возникновения и расщепления белков, в частности белков ферментов вроде бы имеет очень широкий спектр
В лекциях по биофизике в проекте Открытого образования профессор МГУ Максимов ситуацию описывал словами примерно( Это мое изложение)

Физические взаимодействия в биологических системах подчиняются законам внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий. Биомолекулы стабильны на протяжении очень разного времени в жизни клетки. Большинство белков-ферментов функционируют всего несколько секунд, редко в организме создаются ферменты, которые существуют в течение одного года, так как живое – динамическая система, где происходит постоянный обмен.

Примерно помню, что  есть белки ферменты, которые  возникают и распадаются несколько тысяч раз в секунду.

Подтверждения последней цифры в лекциях сейчас сходу найти не могу, зуб не дам, нашла только в Вики

https://ru.wikipedia.org/wiki/Ферменты

Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации процесса. Химическое равновесие при этом не смещается ни в прямую, ни в обратную сторону. Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность — константа связывания некоторых субстратов с белком может достигать 10−10 моль/л и менее. Каждая молекула фермента способна выполнять от нескольких тысяч до нескольких миллионов «операций» в секунду.

Но и год и тысячи и даже миллионы в секунду  - все это очень большой разброс.
Может уточнить какие типы белков в этой Вашей фразе имеются ввиду

[василий андреевич]

Вопрос возникновения жизни в настоящее время намеренно стопорится на т. н. «идее нередуцируемой сложности», что на руку лженауке под названием «креационизм».

По мне, так не стопорит, а подталкивает. Комплекс то, что не может рассматриваться, как сумма элементов, без учета эволюции их связей. И протоживое обязательно будет неупрощаемым комплексом, даже если оно представлено липидной микротрубочкой в "полярном питательном бульоне".
  Вопрос в том, какой комплекс считать минимально достаточным для поддержания динамического равновесия на фоне разрушительных тенденций.
  К сожалению, залезать глубоко в биохимию - не мой уровень знаний, но триединый комплекс ДНК-РНК-белок интересен именно односторонней трансляцией - допущение обратных связей даже в мягкой форме эпигенеза - это только первый шаг отвержения превалирующей роли принципа сохранности над изменчивостью. Иначе, всё изменяется в сторону анализа, тогда как протоживой комплекс равновесен за счет трансляции избыточной "информации". Остается вопрос, откуда берется эта избыточная информация, которая не будь рассеяна, мешала бы синтезу?

[Питер]

Очередной  бред.   Автор,  почитайте  про  прионы.   Как    образуется   белок   приона   -   который  не  собирается  неизвестно  как,  в    синтезируется  как   все  -  по  догме.    И   имейте  в  виду  при  этом, что  прионы    это   весьма   небольшой   класс   белков.    У  человека  есть  всего   один   ген   белка  приона  и   один    белок  приона.   Который  в  не  мутантной   форме  не  переходит в    прионную  форму.
Можно   и   дальше   говорить   по  сути,   но  зачем   разбирать  бред  не  образованного  человека.

Однако полноценный метаболизм мог появиться лишь благодаря реакциям с внешней химией, поскольку истинных энзимов ещё не было. Однако белковые трубочки могли выполнять частично их функцию: при прохождении веществ по узкому каналу они с большей вероятностью отреагируют между собой. Таким образом, белковые трубочки стали протоэнзимами, как бы «соединяя» реагенты в водном растворе. Среди этих реакций – частичная и полная денатурация маломассивных ППЦ из внешней среды и денатурация под действием взятых из внешней же среды кислот. Обязательное условие для этого – протоприоны в составе белковой трубочки должны быть химически более инертны, чем ППЦ, которые будут «перевариваться».

И   правда   П"П"Ц
 

[Шаройко Лилия]

Возможно автор темы более подробно изложит свои знания о прионах, чтобы стало понятно, почему они должны играть описываемую в его статье роль.

[василий андреевич]

  По-моему, автор связал "догму молекулярной биологии" и прионы, что бы слегка выругаться. Это не опасно и не блудливо.
  Главное, это вопрос о способности прионов переносить информацию в направлении, обратном "догме". Ведь можно просто заключить, что если прионы начали экспонентно размножаться, и соответственно, убивать, то это белковый вариант ЕО.

  Как убрать из обращения эту чертову "информацию"? Или, софистически, насколько можно редуцировать комплекс, что бы выявить более неупрощаемое. Например, пинок по мячу передается через посредника в образе эл. маг. поля. Берем единственный фотон, который переносит "удар" и получаем нонсенс, что мяч ударил по ноге.
  РНК, как фотонный диод только тех фотонов, которые образуют код? Получаем, что принять и передать код в аминокислотный бульон - это заставить а-к. собраться согласно коду - кодовые фотоны поглощены и в обратном направлении воздействовать некому. А если осталось "лишко", которое соберет прион? Прион становится кандидатом на вирус с гипотетической вероятностью возвращения кодового излишка обратно в геном.
  Больной получается скорее мертв, чем жив. Но там, где еще нет здоровых организмов, а только протоздоровые, прионная гипотеза обратной связи вполне может поработать... вместо ЕО.
 

[rod1gin]

Я не биолог, но мои знания о белках и прионах такие:

Каждый белок представляет собой длинную цепочку, каждое из звеньев которой представляет собой молекулу какой-либо из двадцати "стандартных аминокислот". Свойства белка определяются тем, из каких конкретно аминокислот он состоит, и в каком порядке они расположены. Это называется "первичная структура белка".

Однако, первичной структуры недостаточно. Цепочка аминокислот должна быть ещё и определённым образом свёрнута в пространстве, определённые её петли должны быть прилеплены друг к другу и т.п. Если белок свёрнут "неправильно", его свойства отличаются от свойств "правильно" свёрнутого белка (чаще всего, он просто неспособен исполнять ту функцию, которую ему положено выполнять в организме).

Некоторые простые белки самостоятельно сворачиваются в правильную форму, однако, более сложные белки в организме сворачиваются под воздействием специальных белков под названием "шапероны". Шапероны сами по себе являются сложными белками, и сворачиваются в правильную форму другими (или теми же самыми) шаперонами.

И вот, иногда бывает такое, что дефектный, неправильно свёрнутый, шаперон сворачивает другие шапероны С ТОЙ ЖЕ ПЕРВИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ так, что в результате получается шаперон С ТОЙ ЖЕ САМОЙ ОШИБКОЙ СВОРАЧИВАНИЯ. Получается, что дефектный шаперон размножается, и даже может заразить другой организм. Такие шапероны и называются "прионы".

Прион имеет ту же самую первичную структуру (ту же последовательность аминокислот), что и правильный шаперон, но отличается способом сворачивания.

Белки (в том числе, шапероны) синтезируются в рибосомах на основе содержащихся в этих рибосомах молекул РНК. Неизвестно ни одного случая, когда какой-либо белок самостоятельно собирал бы из аминокислот какой-либо другой белок. Что важнее: рибосомы синтезируют белки с совершенно определённой первичной структурой не просто потому, что "так положено". Есть определённые законы химии, по которым, если в определённом месте РНК есть определённая последовательность НУКЛЕОТИДОВ, то в определённое место рибосомы притянется молекула соответствующей аминокислоты. Для белков же не известно механизма, при котором определённые последовательности АМИНОКИСЛОТ в белке-матрице притягивали бы в определённом порядке чётко заданные молекулы аминокислот и склеивали бы их в цепочку белка-продукта.

Таким образом, "протоприоны" из заглавного сообщения темы могли бы работать в двух случаях. Первый вариант: в добиологическом мире на протяжении миллионов лет действует механизм, каждый год стабильно генерирующий многие тонны достаточно сложного белка-шаперона с чётко определённой первичной структурой. Тогда, действительно, могли бы появиться репликаторы-прионы, сворачивающие этот белок определённым образом. Подчёркиваю: механизм, генерирующий вообще всякие белки, в том числе, изредка, с нужной первичной структурой, не пойдёт - образовавшийся "протоприон" не сможет продраться через триллионы неподходящих молекул белка и найти подходящую.

Второй вариант: "протоприоны" владели ныне забытым искусством генерировать первичную структуру молекулы белка на основе структуры другой молекулы белка. Если автор знает, как именно они это делали, он может смело вставать в очередь за Нобелевской премией. Если нет, то это пустой трёп. Непонятно только, почему употребляется название "протоприоны" (недоразвитые прионы) - это же, наоборот, "суперпуперприоны".

Термин "денатурация белка" означает не разбор молекулы белка на аминокислоты, как думает автор, а потеря молекулой белка правильного способа сворачивания (без потери первичной структуры).

[василий андреевич]

Таким образом, "протоприоны" из заглавного сообщения темы могли бы работать в двух случаях.

Под вашим фонарем много ярче, чем под моим. Я замахиваюсь только на принцип передачи информации в одном направлении так, что бы она вернулась в источник обесцененной ровно в той степени, какая необходима для генерации следующей информационной порции, которая становится клоном первой.
  Поэтому читаю "протоприон", как протовирус, т.е. без "высшых НК", но с молекулярным кристаллом, имеющем, как минимум, три "формы свернутости", первую из которых придется назвать нейтральной, т.е. устойчивой среди полярных водных молекул внутри коацерватной капли, вторая и третья - это энергетические уровни. Тогда, вся заслуга такого "конформатора", "закодироваться" около одного липида и сбросить код у другого.
  Получаем подобие демона Максвелла, способного подавать энергию "наверх", как бы от плохого жира к хорошему, за счет того, что код может быть доставлен только из положения два в положение три. В итоге же вся энергия берется из возобновляемого беспорядка водных кластеров, в котором протовирус имеет состояние на нижнем энергетическом уровне. "Закольцовка" 1-2-3-1 не может быть изменена на 1-3-2-1.
  Выходит нудновато, но это только для того, что бы с приоткрытым забралом перейти к

протеины способны образовывать структуры, аналогичные клеточным канальцам: белковые трубочки.

Вот только белковыми они быть не обязаны - некоторые ПАВы в воде, особенно в морской, обретают форму трубчатых нитей с двойными стенками. Это как переход глобулы из шара, через тор, к трубке. Замечательное свойство такой трубки в особых свойствах воды внутри канала.