Автор Тема: Калиевые пруды и натриевые океаны. Физические свойства протоклеток  (Прочитано 47492 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Калиевые пруды и натриевые океаны. Физические свойства протоклеток и происхождение внутриклеточной среды

Аннотация. Появившееся недавно предположение о калиевых прудах, как о колыбелях жизни, обогащают палитру идей о возможных условиях предбиологической эволюции на первобытной Земле, но не приближают нас к решению проблемы происхождения жизни в целом. Суть проблемы – в механизме разграничения двух сред, внутриклеточной среды и среды обитания протоклеток. Со времени открытия насосной функции Na, K-АТФазы так и не было найдено модели, которая могла бы рассматриваться в качестве предка современной натриевой помпы, что и вызвало к жизни идею калиевого пруда. Кризис современной методологии настолько глубок, что сталкивается даже с логическими противоречиями при попытке объяснить происхождение первой живой клетки. Одно из них состоит в том, что законы физики запрещают возникновение в термодинамически равновесной системе (пруд) неравновесной подсистемы (протоклетки). Имеющиеся подходы к решению проблемы происхождения жизни полностью игнорируют необходимость детального изучения клеточных моделей. Так, свойства микросфер Сиднея Фокса оказались несовместимыми с общепринятыми представлениями о функционировании живой клетки. Например, мы сталкиваемся со следующим парадоксом: математическая модель потенциала действия Ходжкина-Хаксли оказалась одинаково хорошо совместимой и с нервной клеткой и с микросферами Фокса, также способными генерировать потенциал действия. Цель настоящей статьи – предельно обнажить противоречия, возникающие при попытке объяснить происхождение протоклеток на основе сложившихся представлений о клетках живых. Ставится вопрос о необходимости значительного расширения сравнительных исследований живых клеток и их моделей.

Полный текст дискуссионной статьи: http://www.biophys.ru/sci-hyde-park/94-scireview/sci-hide-park/protocell/449-matveev-1st
Приглашаю обсудить эту статью на сайте: http://www.biophys.ru/sci-hyde-park

Оффлайн василий андреевич

  • Участник форума
  • Сообщений: 7888
    • Просмотр профиля
Полный текст дискуссионной статьи: http://www.biophys.ru/sci-hyde-park/94-scireview/sci-hide-park/protocell/449-matveev-1st
А стоит ли пренебрегать простотой в пользу сложности? Если мы знаем такой единственный, по моему мнению, эволюционный принцип, как естественность повышения энтропии.
  В чем главная разница между катионами натрия и калия? Во-первых, размер. Но размер - это только для "дырок" в мембране. А если нет еще мембран?. Да и липидов нет.
  Внешний электрон у калия дальше от ядра, чем у натрия, потому имеет более низкий потенциал и, следовательно, соединение Na-О-С статистически более стойкое, чем соединение К-О-С. Всё. Этого достаточно, что бы вводить математическую рассудительность в терминах статистики распадов и новообразований. В итоге обязательно надо будет получить  гео-био-химио-барьер, который будет "обкладываться" мембранами, как неизбежностью эволюционирующих (конкурирующих) углеводородов.

Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Цитировать
А стоит ли пренебрегать простотой в пользу сложности?
Вопрос в том, как объяснить, что простое (протоклетка) способно генерировать такой же потенциал действия как и сложное (нейрон).
Или простое не такое простое, как кажется, либо сложное не такое сложное как представляется.

Оффлайн василий андреевич

  • Участник форума
  • Сообщений: 7888
    • Просмотр профиля
Или простое не такое простое, как кажется, либо сложное не такое сложное как представляется.
Прекрасно. Ведь это уже почти Пастернак с его гениальными строками о том, что понять простое можно только после разборок со сложным.
  Вы заострили проблему о замкнутой мембране, как некоем "демоне Максвела", осуществляющим негэнтропийное действо. При этом надо либо выдумывать новую физику, либо искать обходные пути, когда понижение энтропии самого стыка среда-система сопровождается повышением энтропии в "дальней" среде.
  Рассмотрим раствор метанола. Это гидрофильная молекула, т.к. гидрофобным "концом" -СН3 можно пренебречь. Диполи Н-О-Н при растаскивании метанола, вначале понизив свою энтропию, быстро вновь повысят ее, включив дипольную -О-Н в свою высокоэнтропийную структуру. Но если взять уже бутанол, то гидрофобное СН2-СН3 уже столь значительно понизит энтропию воды, что для повышения ее, воде придется как бы коагулировать бутанол, спрятав гидрфобные окончания в пузырек воздуха, а гидрофильные направить в сторону водной среды. Вот и получится гротескно упрощенная мембрана, под которую вода уже может начать заталкивать условных гидрофобов. И это появление "сложности" происходит естественно, т.е. с повышением энтропии, как появлением разнообразия в виде статистической вариабельности.

  С калий-натриевым градиентом должно происходить принципиально идентичное. К сожалению, я уже давно читал об этом насосе и помню только то, что там очень все не просто. Однако база должна быть проста.
  Как-то Фейнман, любивший через шутку говорить серьезные вещи, высказался, что теоретическая физика состоит из угадывания математических формул. У нас есть вроде незначительное отличие в электро-химическом потенциале, приводящее к столь впечатляющему (антиэнтропийному?) наносу. Вопрос: что производит работу по растаскиванию калий-натриевой смеси по "разным углам"? При этом пусть мы не знаем ничего о мембране и ее свойствах. Если нанос естественен, то уж углеводороды найдут способ приспособиться к этой естественности.
  Я вижу главный принцип, на котором можно построить гипотезу, в том, что калий-органика распадается статистически чаще, чем натрий-органика. Следовательно, имеем два различных градиента распада. И этого должно быть достаточно, что бы получить тенденцию к естественному образованию электро-химического барьера.
  В словесной же формуле получится некий софизм - что чаще распадается, то быстрее преобразуется в новую конфигурацию. Или даже так: условная "эволюция" калиевой системы выше эволюции натриевой среды. Или еще круче: когда натриевая среда повышает энтропию за счет перемешивания-рассредоточения включений, калиевая система повышает свою энтропию за счет разнообразия "форм" физико-химических объединений. Вот и получим, что однобокость (типа калий или натрий) не является средой для эволюции - только совместное действие-взаимодействие обоих "сред" позволяют применить термодинамический (как статику) принцип сохранности: энтальпия объединения (системного объединения) равна положительной работе калиевой системы над натриевой средой и отрицательной работе натриевой среды над калиевой системой Э=U+(-A).
  Забегая вперед скажу, что отрицательная работа среды (-А) будет выглядеть как ниспадающая логиста, где крутизна перегиба будет характеризовать сам барьер-мембрану, энтальпия (Э) как горбатая экспонента, а положительная работа или внутренняя энергия объединения (U) как восходяще-затухающая экспонента. Именно последняя кривая будет отражать принцип повышения энтропии.
  В посыле, есть два фактора - два различных градиента распада, в итоге, есть целый ряд экспонент, которым еще будет необходимо искать реалистические приложения.

Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Цитировать
Я вижу главный принцип, на котором можно построить гипотезу, в том, что калий-органика распадается статистически чаще, чем натрий-органика. Следовательно, имеем два различных градиента распада. И этого должно быть достаточно, что бы получить тенденцию к естественному образованию электро-химического барьера.
Это отдаленно ассоциируется с адсорбцией/десорбцией при условии, что "распады" носят не единичный, а массовый характер, т.е. в этот процесс вовлечены массы ионов. В этой связи Вас может заинтересовать этот отрывок из книги: http://www.bioparadigma.spb.ru/russianling/files/Ling-2008-Rus.Glavy.1-11.pdf

Оффлайн Комбинатор

  • Участник форума
  • Сообщений: 1445
    • Просмотр профиля
Со времени открытия насосной функции Na, K-АТФазы так и не было найдено модели, которая могла бы рассматриваться в качестве предка современной натриевой помпы, что и вызвало к жизни идею калиевого пруда.

Я бы не был столь категоричен, см., например, раздел "Evolutionary history of the ATP synthases" здесь: http://www.macromol.uni-osnabrueck.de/ATP_synthase.php


Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Цитата с сайта http://www.macromol.uni-osnabrueck.de/ATP_synthase.php : "By analyzing the homology pattern for different subunits of these related enzymes, we have put forward a scenario of their origin from primordial protein translocases [6]."

[6] http://wp.nyu.edu/biochemistryshowcase/wp-content/uploads/sites/37/2014/03/F-and-V-type-ATPase-Nat-Rev-Microbiol.-2007-Nov511-892-9..pdf

Цитата из работы [6]: "In this Opinion, we examine the conserved and unique features of the molecular architecture and properties of the F. and V.type ATPases, and propose an evolutionary scenario in which their immediate ancestors were twocomponent membrane translocases that, initially, coupled ATP hydrolysis to RNA translocation across the membrane and, subsequently, to protein translocation."

Из этой выдержки ясно, что речь о гипотетических "транслокаторах", от которых, как полагают авторы, могли произойти интересующие их ферменты. Это - чистой воды предположение. Я же в своей статье говорю, что до сих пор не получена реально действующая модель натриевого насоса в пробирке. В пробирке! Смешали, нагрели, облучили, получили. То есть таким же, в принципе, образом как Фокс получил свои микросферы. Фокс не говорил о том, от чего и как могли бы произойти микросферы. Он их просто получил, рассматривал под микроскопом, изучал свойства! Даже эти "двухкомпонентные транслокаторы" еще никто не держал в руках.

И еще: зачем "ждать" происхождения натриевой помпы, когда микросферы и без нее генерируют потенциал действия?
Благодарю за возможность еще раз пояснить свою мысль...

Оффлайн Комбинатор

  • Участник форума
  • Сообщений: 1445
    • Просмотр профиля
Я же в своей статье говорю, что до сих пор не получена реально действующая модель натриевого насоса в пробирке. В пробирке! Смешали, нагрели, облучили, получили. То есть таким же, в принципе, образом как Фокс получил свои микросферы. Фокс не говорил о том, от чего и как могли бы произойти микросферы. Он их просто получил, рассматривал под микроскопом, изучал свойства!

Ничего, в принципе, не имею против микросфер Фокса, но очевидная невозможность случайной самосборки натриевой помпы, в условном "органическом бульоне", имхо, тут совершенно не в тему. Они (микросферы), возможно, действительно были одним из элементов пазла, но не более того, не стоит зацикливаться исключительно на них. Например, в решении важнейшей проблемы происхождения механизма репликации РНК они, насколько я понимаю, помогают мало.

Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Цитировать
Они (микросферы), возможно, действительно были одним из элементов пазла, но не более того, не стоит зацикливаться исключительно на них.
Я не зацикливаюсь. Я интересуюсь, почему микросферы генерируют потенциал действия, не имея помпы? Ради этого я написал статью. Я жду ответа на этот простой вопрос. А Вы призываете меня не зацикливаться, т.е. уйти от этой темы. Куда идти? Рассуждать об РНК, ДНК, рибосомах? Об этом написаны фолианты, а о микросферах - крохи. А дотронешься до этой крохи, как тут же раздается: не зацикливайтесь! Логичнее обвинить в зацикливании тех, что всю свою жизнь пишут только о Na,K-АТФазе...

Если мы не можем объяснить свойства микросфер, давайте так и скажем: не можем!

Оффлайн Комбинатор

  • Участник форума
  • Сообщений: 1445
    • Просмотр профиля
Я интересуюсь, почему микросферы генерируют потенциал действия, не имея помпы?

Возможно под действием света они постепенно запасают потенциальную энергию, которую потом быстро отдают в результате потери устойчивости и развития какого-то лавинообразного процесса. Ну, например, что-то вроде родопсина, но с другим механизмом запасения энергии.

Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Цитировать
Возможно под действием света они постепенно запасают потенциальную энергию, которую потом быстро отдают в результате потери устойчивости и развития какого-то лавинообразного процесса.
Как следует из рис. 2, свет влияет на активность "мембранных каналов" микросферы, но решающего влияния света на потенциал действия авторы не отмечают.

Что значит "запасают потенциальную энергию"? В виде ионных градиентов? Что касается родопсина, то мысль интересная. Однако получается, что с помощью спиртовки, вот так просто, можно синтезировать родопсиноподобный белок - сложный мембранный белок. А липидных мембран, между тем, в микросферах нет...

Кстати, из применимости модели Ходжкина-Хаксли к микросферным потенциалам действия следует, что у них есть натриевые каналы и калиевые каналы. Откуда?

Единственное место, где у нас работают с микросферами - это лаборатория Критского (Москва, Институт Баха). Они, например, показали, что в микросферах можно синтезировать АТФ: Kritsky, M. S., Kolesnikov, M. P., & Telegina, T. A. (2007, December). Modeling of abiogenic synthesis of ATP. In Doklady Biochemistry and Biophysics (Vol. 417, No. 1, pp. 313-315). MAIK Nauka/Interperiodica.
Было бы интересно сравнить условия, которые требуются для синтеза АТФ в клетке (согласно последним представлениям) с условиями, которые реально имеются в наличии в микросферах. 

Оффлайн Комбинатор

  • Участник форума
  • Сообщений: 1445
    • Просмотр профиля
Как следует из рис. 2, свет влияет на активность "мембранных каналов" микросферы, но решающего влияния света на потенциал действия авторы не отмечают.

Как следует из Рис. 7 A-C оригинальной статьи, как раз ровно это они и отмечают.
==============================
Fig. 7 A-C.
Electrical activity begins with illumination (10 lux) at A. It dies off when light is extinguished (B), and it begins again with reillumination (100 lux) at C. 
==============================

Что значит "запасают потенциальную энергию"? В виде ионных градиентов?

Совсем не обязательно, есть масса способов запасения энергии, например, в виде энергии химических связей как это делается в АТФ.

Что касается родопсина, то мысль интересная. Однако получается, что с помощью спиртовки, вот так просто, можно синтезировать родопсиноподобный белок - сложный мембранный белок. А липидных мембран, между тем, в микросферах нет...

Родопсин это один из самых простых белков, недаром его аминокислотная последовательность была расшифрована одной из первых. Я его привёл лишь в качестве примера простого механизма запасения энергии. Очевидно, для микросфер Фокса он впрямую не подходит.


Кстати, из применимости модели Ходжкина-Хаксли к микросферным потенциалам действия следует, что у них есть натриевые каналы и калиевые каналы. Откуда?

Откуда это следует? Изменение уровня воды в сливном бочке унитаза тоже чем-то похоже на изменение силы тока при пробое диэлектрика, однако, этого факта ещё недостаточно для того, что бы утверждать, что внутри унитаза есть электропроводка...

Единственное место, где у нас работают с микросферами - это лаборатория Критского (Москва, Институт Баха). Они, например, показали, что в микросферах можно синтезировать АТФ: Kritsky, M. S., Kolesnikov, M. P., & Telegina, T. A. (2007, December). Modeling of abiogenic synthesis of ATP. In Doklady Biochemistry and Biophysics (Vol. 417, No. 1, pp. 313-315). MAIK Nauka/Interperiodica.
Было бы интересно сравнить условия, которые требуются для синтеза АТФ в клетке (согласно последним представлениям) с условиями, которые реально имеются в наличии в микросферах. 

В указанной работе речь всего лишь о синтезе АТФ из АДФ, не более того. Похожая рекация происходит и без всяких микросфер. Например, ещё в 60-е годы прошлого века было показано, что при облучении смеси АДФ и этилметафосфата ультрафиолетовым светом с хорошим выходом синтезируется АТФ.
« Последнее редактирование: Февраль 05, 2015, 09:11:08 от Комбинатор »

Оффлайн Vladimir Matveev

  • Участник форума
  • Сообщений: 131
    • Просмотр профиля
    • Нативная агрегация в физиологии клетки
Цитировать
Fig. 7 A-C. Electrical activity begins with illumination (10 lux) at A. It dies off when light is extinguished (B), and it begins again with reillumination (100 lux) at C. 
Электрическая активность здесь - активность ионных каналов. Это не потенциалы действия.


Цитировать
Совсем не обязательно, есть масса способов запасения энергии, например, в виде энергии химических связей как это делается в АТФ.
Да есть масса способов, но мы здесь обсуждаем конкретный объект - микросферу. Давайте не расплываться по древу. Вы считаете, что в данных опытах в микросферах образовывалась АТФ? А кто ее утилизирует, натриевый насос?

Цитировать
Откуда это следует? Изменение уровня воды в сливном бочке унитаза тоже чем-то похоже на изменение силы тока при пробое диэлектрика, однако, этого факта ещё недостаточно для того, что бы утверждать, что внутри унитаза есть электропроводка...
Если мы начнем сравнивать божий дар с яичницей, мы далеко зайдем. Мы сравниваем клетку и протоклетку. Этому сравнительному анализу ни унитазы, ни очистные сооружения ничего полезного не дадут.

Цитировать
В указанной работе речь всего лишь о синтезе АТФ из АДФ, не более того. Похожая рекация происходит и без всяких микросфер. Например, ещё в 60-е годы прошлого века было показано, что при облучении смеси АДФ и этилметафосфата ультрафиолетовым светом с хорошим выходом синтезируется АТФ.
Мы будем обсуждать вопрос о синтезе АТФ с точки зрения органической химии или вернемся в микросферу? Если Вас не интересует микросфера, тогда зачем продолжать разговор?

Еще раз повторяю: меня интересует сходство живой клетки и протоклетки. В чем причины этого сходства? Какова физика этого сходства? Почему протоклетка способна генерировать электрический потенциал? Есть ли между ними структурное сходство?
Что там происходит в унитазе и какие 33 способа синтеза АТФ разработаны фирмой Sigma меня в данный момент меня не  интересует... 

Оффлайн василий андреевич

  • Участник форума
  • Сообщений: 7888
    • Просмотр профиля
Попробую не для "истины", а исключительно из любви к рассудительности.
  Фононная гипотеза.
  Модель поверхности сферы Фокса было бы удобно представить как трехслойную. Внутренний слой состоит из цепи -С-С-С- связей. Средний слой из атомов кислорода с электроотрицательным потенциалом. Внешний слой из атомов водорода с электроположительным потенциалом.
  Фонон - это звуковая (тепловая) квант-волна, интерпретируемая как область сжатия, перемещающаяся вдоль углерод-углеродных связей. Пока фонон "гуляет" внутри ограниченной цепочки С-С связей эл. возбуждения незначительны. Когда фонон прорывается в соседнюю С-С связь, возникает механическое возбуждение с выталкиванием элетронной оболочки ближе к ядру кислорода, что неизбежно сказывается на "электроне" около внешнего атома водорода. Возникает электроотрицательная волна.
  Теоретически такая эл.отр. волна должна быстро рассеиваться на "дислокациях" из С-С связей. По аналогии с квантово механическими терминами такие волны можно назвать нулевыми биениями сферы Фокса.
  Еще раз подчеркну, я не знаю как устроена сфера Фокса.

Оффлайн Питер

  • Участник форума
  • Сообщений: 1477
    • Просмотр профиля
Проблема в  том.  что  статья  Фокса 1962  г.    абсолютно  не  конкретна.   Там  нет  ни  состава   микросфер,  ни  среды   их  формирования,  ни  харктеристики  микросфер,  ни того как  писали  потенциал.   В  итоге     обсуждать  просто  нечего. Нет,  можно  на  это    все  не  обращать  внимания  и  поставить    знак  равенства  между  нейроном  и   микросферой.  А  можно    задать.  Итак: а)состав  микросфер   Фокса  в  конкретных   экспериментах с  потенциалом  действия.  б)  состав  среды в)  методы      записи  потенциала.  В  общем   -  а  мальчик   был ?
А  оно  вам  надо  ?