paleoforum.ru

Название текста: Протоприоны как каркас для фосфолипидного бислоя и формирования ЦПМ.
ФИО автора: Алья Андрей Александрович.
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

Поскольку при формировании мембраны из фосфолипидного бислоя по причине его гидрофобности в жидкости наиболее энергетически выгодна форма замкнутого пузыря-глобулы, то первичный бульон после их появления стал средой существования многочисленных фосфолипидных пузырьков. Однако, как показывают опыты по синтезу таких структур в лабораторных условиях, такая глобула недолговечна без структуры-стабилизатора по типу каркаса из любого полимера. В настоящее время у клеток имеется полноценный цитоскелет для стабилизации ЦПМ и система белковых канальцев для проникновения различных веществ внутрь клетки и вовне.

Однако в доклеточную, доэволюционную, абиогенную фазу развития жизнь, до собственно биологической эволюции, прото-ЦПМ могла быть стабилизирована лишь каким-то быстрорастущим в агрессивной химической среде полимерным каркасом по типу сетки, на которой липидный бислой удерживается по приблизительной аналогии того, как большая палатка с многочисленными креплениями на металлическом каркасе. Это позволяет липидам при самораспаде отдельных элементов ЦПМ заново собираться заново в новую составляющую мембраны на «креплениях».

Такими биополимерами, образующими внутренний каркас протоклетки, могли быть исключительно белковые молекулы, синтезирующиеся внутри неё посредством произвольной, хаотической полимеризации. Аминокислоты могли попадать внутрь протоклетки, как и все остальные мономеры, единственно проходя через самопроизвольные разрывы в фосфолипидном бислое, из первичного бульона. Причина невозможности прохода иным способом на данном этапе развития протожизни: значительная гидрофильность моносахаридов и аминокислот, а фосфолипидный бислой химически гидрофобный с обеих сторон.

Однако это означает, что структуры-каркасы могут синтезироваться только внутри, и не попадать в готовом виде из первичного бульона, ибо разрушение прото-ЦПМ в той степени, которая позволит проникать внутрь крупным молекулам, уничтожит глобулу самой протоклетки.

Обоснование, почему каркас образован именно белками, следующее. Нуклеиновые кислоты, которые на относительно позднем этапе формирования собственно жизни станут источником наследственной информации, в данный момент образуют примитивные, сугубо фиблиллярные, нитяные структуры без «жёсткости» и поэтому неспособны стать каркасом протоклетки. По этой причине они исключаются.

Углеводы исключаются по причине отсутствия их в качестве каркаса цитоскелета в современных клетках и по причине использования истинно углеводных полимеров уже эукариотами. Клеточная стенка многих прокариот вообще слизистая капсула из протеина, а оболочка из пептитдогликана, он же муреин, у большинства современных прокариот  – переходная стадия от белковой клеточной оболочки к углеводной у высших растений и водорослей, включая простейших.

Более того, чем «ниже» на эволюционном древе само растение, тем большую структурную составляющую его клеточной оболочки занимает именно протеиновый комплекс, а не углеводы. Что означает начало использования полимерных углеводов, а именно предшественника целлюлозы и декстрана, а потом и их самих, уже на относительно поздних этапах эволюции полноценных живых организмов. Как и то, что собственно растения – одна из наиболее молодых групп живых организмов на Земле, поскольку основная часть их таксонов и особенностей биохимии и физиологии сформировались после выхода растений на сушу в фанерозое.

Таким образом, методом исключения можно вычислить, что каркас протоклетки был белковым. Однако белки должны были обладать свойствами, отдалённо напоминающие таковые у прионных белков: самосинтез в значительно сходные между собой связанные в трёхмерную «сеть» структуры, а также склонность к значительной агрегации с прото-ЦПМ. На основании этого сходства правомочно называть основные белки протоцитоскелета «протоприоны».

Такая протоклетка будет способна к примитивному, амитотическому делению, а сами протоприоны за счёт агрегации будут способны связывать и другие компоненты, из которых в будущем образуются органеллы собственно клеток.

Дальнейшая «задача» в появлении жизни из протоклеток – появление энзимов, без которых более сложные биохимические процессы, чем описанное выше, маловероятны или невозможны принципиально. Например, передача наследственной информации: её наличие на специализированном «носителе» и энзиматическая система для её прочтения.

Интересно, но не совсем понятно что Вы ждете от форума, немного сложноватый для него текст.
И какой такой самосинтез прионных белков?
Можно поподробнее, в сети не могу найти

только здесь:

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434370/Priony_i_amiloidy_klyuchevye_svoystva_i_rol_v_prirode

Виталий Владимирович Кушниров — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики Института биохимии им. А. Н. Баха РАН. Область научных интересов — механизмы возникновения и существования прионов и амилоидов, способы выявления и моделирование амилоидных заболеваний

ЦитироватьПочти все инфекционные агенты, будь то вирусы, бактерии или простейшие, имеют геном в виде ДНК или РНК, определяющий жизненный цикл и «план захвата» организма-хозяина. Удивительным исключением из этого правила являются прионы — инфекционные агенты белковой природы, не имеющие какого-либо генома.

ЦитироватьАльтернативная модель предполагает, что прион — это разновидность амилоида, т. е. нековалентно-связанный белковый полимер. Амилоидами называют фибриллярные белковые агрегаты с регулярной структурой, признаваемые причиной более 30 неизлечимых возрастных заболеваний, таких, например, как болезни Альцгеймера и Паркинсона [8]. Амилоиды подобны прионам по двум ключевым свойствам. Во-первых, укладка белка в составе амилоида существенно изменена и образует характерную структуру, называемую кросс-бета, в которой полипептидные цепи перпендикулярны оси фибриллы, а образуемые ими бета-слои параллельны оси. Во-вторых, амилоид катализирует структурное превращение и полимеризацию нормальной мономерной формы соответствующего белка.

Нам стало ясно, что верна именно вторая модель. Гетеродимерная модель имеет существенные слабости. Она предполагает довольно неправдоподобные свойства белка PrP. Наличие у белка двух альтернативных укладок само по себе необычно, но еще труднее представить, что одна из этих укладок способна превращать другую в себе подобную. Кроме того, известно, что существуют штаммы приона с различными свойствами, а, значит, альтернативных самовоспроизводящихся укладок должно быть множество — и это уже совершенно непредставимо. Не менее трудно объяснить и разделение двух прионных молекул после превращения одной из них, при условии, что процесс не расходует энергию в виде АТФ или ГТФ. В полимерной же модели таких проблем нет: наличие различных самовоспроизводящихся укладок в составе полимера хорошо известно, а разделение молекул в ходе полимеризации не требуется.

В общем думаю, можно попробовать изложить в более популярной форме подробнее как именно предположительно должен происходить процесс самокопирования.

в статье с Элементов я так понимаю описание процесса здесь:

ЦитироватьРис. 1. Фибриллы, образованные белком Sup35 (а) [10] и схематическая структура этих фибрилл и прионных частиц Sup35 (б). Белок Sup35 состоит их трех доменов: аминоконцевой (N) необходим для прионного превращения и образует стебель амилоида; карбоксиконцевой (С) выполняет жизненно важную функцию в терминации трансляции, а средний домен (М) играет роль спейсера, соединяющего эти два домена....

.....Мы предложили гипотезу, которая описывает размножение прионов дрожжей и одновременно разрешает парадокс Hsp104 [12]. Мы исходили из предположений, что прионные частицы Sup35 представляют собой амилоидные фибриллы, а шаперон Hsp104 распознает их, как агрегаты неправильно свернутого белка, и извлекает из них молекулы Sup35 (рис. 2). Извлечение каждой молекулы из фибриллы должно разбивать ее на две части (при условии, что действие Hsp104 происходит не на краю фибриллы). При этом удваивается количество концов фибрилл, катализирующих прионное превращение, что ускоряет переход белка в прионное состояние. Таким образом, при действии Hsp104 фактически происходит удвоение приона, несмотря на то, что количество агрегированного Sup35 не возрастает. В отсутствие Hsp104 размножение приона не происходит (хотя прионное превращение продолжается), и он сравнительно быстро теряется из растущей популяции дрожжей.

Но статья 2014 года, возможно за 10 лет многое изменилось. И не все понятно, мне хотелось бы изложения попроще.

Если у Вас конечно не появится собеседник, который и так все хорошо понимает. Питер, например.

Цитата: Шаройко Лилия от июля 26, 2024, 19:19:17Интересно, но не совсем понятно что Вы ждете от форума, немного сложноватый для него текст.
И какой такой самосинтез прионных белков?
Можно поподробнее, в сети не могу найти

только здесь:

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434370/Priony_i_amiloidy_klyuchevye_svoystva_i_rol_v_prirode

Виталий Владимирович Кушниров — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики Института биохимии им. А. Н. Баха РАН. Область научных интересов — механизмы возникновения и существования прионов и амилоидов, способы выявления и моделирование амилоидных заболеваний

ЦитироватьПочти все инфекционные агенты, будь то вирусы, бактерии или простейшие, имеют геном в виде ДНК или РНК, определяющий жизненный цикл и «план захвата» организма-хозяина. Удивительным исключением из этого правила являются прионы — инфекционные агенты белковой природы, не имеющие какого-либо генома.

ЦитироватьАльтернативная модель предполагает, что прион — это разновидность амилоида, т. е. нековалентно-связанный белковый полимер. Амилоидами называют фибриллярные белковые агрегаты с регулярной структурой, признаваемые причиной более 30 неизлечимых возрастных заболеваний, таких, например, как болезни Альцгеймера и Паркинсона [8]. Амилоиды подобны прионам по двум ключевым свойствам. Во-первых, укладка белка в составе амилоида существенно изменена и образует характерную структуру, называемую кросс-бета, в которой полипептидные цепи перпендикулярны оси фибриллы, а образуемые ими бета-слои параллельны оси. Во-вторых, амилоид катализирует структурное превращение и полимеризацию нормальной мономерной формы соответствующего белка.

Нам стало ясно, что верна именно вторая модель. Гетеродимерная модель имеет существенные слабости. Она предполагает довольно неправдоподобные свойства белка PrP. Наличие у белка двух альтернативных укладок само по себе необычно, но еще труднее представить, что одна из этих укладок способна превращать другую в себе подобную. Кроме того, известно, что существуют штаммы приона с различными свойствами, а, значит, альтернативных самовоспроизводящихся укладок должно быть множество — и это уже совершенно непредставимо. Не менее трудно объяснить и разделение двух прионных молекул после превращения одной из них, при условии, что процесс не расходует энергию в виде АТФ или ГТФ. В полимерной же модели таких проблем нет: наличие различных самовоспроизводящихся укладок в составе полимера хорошо известно, а разделение молекул в ходе полимеризации не требуется.

В общем думаю, можно попробовать изложить в более популярной форме подробнее как именно предположительно должен происходить процесс самокопирования.

в статье с Элементов я так понимаю описание процесса здесь:

ЦитироватьРис. 1. Фибриллы, образованные белком Sup35 (а) [10] и схематическая структура этих фибрилл и прионных частиц Sup35 (б). Белок Sup35 состоит их трех доменов: аминоконцевой (N) необходим для прионного превращения и образует стебель амилоида; карбоксиконцевой (С) выполняет жизненно важную функцию в терминации трансляции, а средний домен (М) играет роль спейсера, соединяющего эти два домена....

.....Мы предложили гипотезу, которая описывает размножение прионов дрожжей и одновременно разрешает парадокс Hsp104 [12]. Мы исходили из предположений, что прионные частицы Sup35 представляют собой амилоидные фибриллы, а шаперон Hsp104 распознает их, как агрегаты неправильно свернутого белка, и извлекает из них молекулы Sup35 (рис. 2). Извлечение каждой молекулы из фибриллы должно разбивать ее на две части (при условии, что действие Hsp104 происходит не на краю фибриллы). При этом удваивается количество концов фибрилл, катализирующих прионное превращение, что ускоряет переход белка в прионное состояние. Таким образом, при действии Hsp104 фактически происходит удвоение приона, несмотря на то, что количество агрегированного Sup35 не возрастает. В отсутствие Hsp104 размножение приона не происходит (хотя прионное превращение продолжается), и он сравнительно быстро теряется из растущей популяции дрожжей.

Но статья 2014 года, возможно за 10 лет многое изменилось. И не все понятно, мне хотелось бы изложения попроще.

Если у Вас конечно не появится собеседник, который и так все хорошо понимает. Питер, например.

Я говорю о приблизительном сходстве, а не точном. Первые протоприоны не могут и рядом обладать сложностью собственно прионов.

«Прион способен катализировать конформационное превращение гомологичного ему нормального клеточного белка в себе подобный (прион). Как правило, при переходе белка в прионное состояние его α-спирали превращаются в β-слои. Появившиеся в результате такого перехода прионы могут в свою очередь перестраивать новые молекулы белка; таким образом, запускается цепная реакция».

Но реально любая такая трансформация возможна лишь при процессе сборки-разборки. То есть, разбирать белок на олигомеры или мономеры, а затем синтезировать сам прион. Это я и зову самосинтезом.

А от форума я и жду возможности понять эволюцию лучше и немного поделиться то м, что знаю сам.

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 21:38:48А от форума я и жду возможности понять эволюцию лучше и немного поделиться тем, что знаю сам.

Добро пожаловать, начало очень интересное. Надеюсь Вы здесь не на один день.

Я может быть не потяну уровень собеседника, но возможно появится кто-то еще.
У Павла Арефьева есть интересная тема Гидрогеологическая система – колыбель жизни?

Цитата: АrefievPV от марта 22, 2023, 11:48:51«Гомеостатическое ядро» живой системы нашего типа изначально сформировалось как замкнутая (закольцованная) на саму себя совокупность из взаимосвязанных сложных химических процессов – эдакий гиперцикл из сложных химических реакций (окончание одного гиперцикла является одновременно и началом следующего гиперцикла).
 
Таких гиперциклов (подобных друг другу) было множество в гидрогеологических системах, связанных (точнее – периодически связываемых друг с другом) в единую сеть на поверхности планеты. Именно в тот период и возник ЕО дарвиновского типа (в нашем теперешнем понимании) – эти гиперциклы возникали, воспроизводились, размножались (распространялись на соседние гидрогеологические системы) и умирали. В процессе такого ЕО оставались гиперциклы наиболее адаптированные к среде обитания.

Еще в этом направлении здесь(правда давно, в основном в 2022 году) неоднократно размещался и обсуждался цикл бесед Штерна с Марковым, Никитиным, Гельфандом, у Гельфанда гипотезы описывались в направлении рибозимов

Они размещались кроме самого сайта Троицкого Варианта и Ютуба в видеоформате на портале Элементы.

Вот первая:
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436375/Proiskhozhdenie_zhizni_Ot_RNK_mira_k_belkam

может быть Вы их видели

Есть еще новая беседа


Я ее сейчас нашла, когда искала те предыдущие, пока даже не смотрела

На форуме такие обсуждения как то заглохли, видимо каждый высказал все, что думал, а новых импульсов из внешней среды не оказалось и все отправились по каким то другим направлениям мыслей.

В общем, надеюсь у Вас здесь будут собеседники, может быть не сразу.

Цитата: Шаройко Лилия от июля 26, 2024, 22:08:08

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 21:38:48А от форума я и жду возможности понять эволюцию лучше и немного поделиться тем, что знаю сам.

Добро пожаловать, начало очень интересное. Надеюсь Вы здесь не на один день.

Я может быть не потяну уровень собеседника, но возможно появится кто-то еще.
У Павла Арефьева есть интересная тема Гидрогеологическая система – колыбель жизни?

Цитата: АrefievPV от марта 22, 2023, 11:48:51«Гомеостатическое ядро» живой системы нашего типа изначально сформировалось как замкнутая (закольцованная) на саму себя совокупность из взаимосвязанных сложных химических процессов – эдакий гиперцикл из сложных химических реакций (окончание одного гиперцикла является одновременно и началом следующего гиперцикла).
 
Таких гиперциклов (подобных друг другу) было множество в гидрогеологических системах, связанных (точнее – периодически связываемых друг с другом) в единую сеть на поверхности планеты. Именно в тот период и возник ЕО дарвиновского типа (в нашем теперешнем понимании) – эти гиперциклы возникали, воспроизводились, размножались (распространялись на соседние гидрогеологические системы) и умирали. В процессе такого ЕО оставались гиперциклы наиболее адаптированные к среде обитания.

Еще в этом направлении здесь(правда давно, в основном в 2022 году) неоднократно размещался и обсуждался цикл бесед Штерна с Марковым, Никитиным, Гельфандом, у Гельфанда гипотезы описывались в направлении рибозимов

Они размещались кроме самого сайта Троицкого Варианта и Ютуба в видеоформате на портале Элементы.

Вот первая:
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436375/Proiskhozhdenie_zhizni_Ot_RNK_mira_k_belkam

может быть Вы их видели

Есть еще новая беседа

Я ее сейчас нашла, когда искала те предыдущие, пока даже не смотрела

На форуме такие обсуждения как то заглохли, видимо каждый высказал все, что думал, а новых импульсов из внешней среды не оказалось и все отправились по каким то другим направлениям мыслей.

В общем, надеюсь у Вас здесь будут собеседники, может быть не сразу.

Ну, могу уточнить одну деталь: системы, развившиеся в жизнь, должны быть всегда открытыми, в замкнутой системе лишь энтропия.

Так что внутренняя замкнутая система по определению небиогенна.

А насчёт собеседников: гонюсь не за количеством, а за желанием знать больше. Уровень подтянуть можно, сам буду так делать.

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 17:20:57В настоящее время у клеток имеется полноценный цитоскелет для стабилизации ЦПМ

Что такое ЦПМ?

Цитата: Alexeyy от июля 27, 2024, 05:02:18

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 17:20:57В настоящее время у клеток имеется полноценный цитоскелет для стабилизации ЦПМ

Что такое ЦПМ?

Цитоплазматическая мембрана.

По поводу картинки, тут в скриптах глюк, в загрузке разрешены аватарки до 250 пикселов шириной, но если Вы так сделаете, то в отображении на форуме Ваша аватарка (так как тегом она ложится фоном под всю таблицу сообщения с выключкой влево) закрывает текст.
думаю там что то типа
<table background =' img/$idavt.gif' align='left' >
   <tr ><th>текст описания автора</th><th>текст сообщения</th></tr>
или что-то похожее
Если картинка аватарки светлая, то читать можно а если темная как у Вас то тексты верхних рядов слева будет не видно.
Тут некоторые долго экспериментировали, оптимально ширина вроде 120 пикс.
Подпись зачетная

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 27, 2024, 10:39:27Цитоплазматическая мембрана.

Клеточная, что ли? Или внутриклеточная, раз связана с цитоплазмой?

Если я правильно помню цитологию(биологи бывшими бывают)обычно цитоплазматической называют внешнюю мембрану, которая как бы вокруг цитоплазмы а вторую возле ядра ядерной.

ЦитироватьЯдерная мембрана является барьером, который физически защищает ДНК клетки от химических реакций, происходящих в других местах клетки.

В самой этой мембране обычно у любых типов клеток куча ионных каналов, через которые поступает фильтрованный поток внешних веществ, пропускается не все.




В биофизику ионных каналов пока погружаться не будем...
наверное...

у протоклетки в предположении начала с белков как я понимаю до ядра как до луны пешком.
Но в теории РНК жизни вначале возникает как бы ядро, митохондрии по теории вообще бывшие отдельные клетки, про которые даже есть версия, что их однажды слопали и не переварили.

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 23:53:17Так что внутренняя замкнутая система по определению небиогенна.

Думаю абсолютно замкнутых и полностью открытых систем нет, вопрос только в проценте открытости.

Разве образование клетки это не шаг к изоляции по сравнению с тем, что было до возникновения мембраной границы?
Вроде азы представлений о жизни - энтропия внутри клетки падает, упорядоченность растет, а за ее пределами за счет этой внутренней упорядоченности возникает как равновесный ответ рост хаоса.
Но может эти азы уже отменили, я мало знаю это направление.

Цитата: Arturius от июля 27, 2024, 12:45:35

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 27, 2024, 10:39:27Цитоплазматическая мембрана.

Клеточная, что ли? Или внутриклеточная, раз связана с цитоплазмой?

И то, и другое

Цитата: Шаройко Лилия от июля 27, 2024, 13:14:51

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 23:53:17Так что внутренняя замкнутая система по определению небиогенна.

Думаю абсолютно замкнутых и полностью открытых систем нет, вопрос только в проценте открытости.

Разве образование клетки это не шаг к изоляции по сравнению с тем, что было до возникновения мембраной границы?
Вроде азы представлений о жизни - энтропия внутри клетки падает, упорядоченность растет, а за ее пределами за счет этой внутренней упорядоченности возникает как равновесный ответ рост хаоса.
Но может эти азы уже отменили, я мало знаю это направление.

Всё верно, но обмен веществом и энергией делает клетку открытой системой.

Цитата: Шаройко Лилия от июля 27, 2024, 12:53:15Если я правильно помню цитологию(биологи бывшими бывают)обычно цитоплазматической называют внешнюю мембрану, которая как бы вокруг цитоплазмы а вторую возле ядра ядерной.

ЦитироватьЯдерная мембрана является барьером, который физически защищает ДНК клетки от химических реакций, происходящих в других местах клетки.

В самой этой мембране обычно у любых типов клеток куча ионных каналов, через которые поступает фильтрованный поток внешних веществ, пропускается не все.




В биофизику ионных каналов пока погружаться не будем...
наверное...

у протоклетки в предположении начала с белков как я понимаю до ядра как до луны пешком.
Но в теории РНК жизни вначале возникает как бы ядро, митохондрии по теории вообще бывшие отдельные клетки, про которые даже есть версия, что их однажды слопали и не переварили.

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 27, 2024, 13:30:04

Цитата: Шаройко Лилия от июля 27, 2024, 13:14:51

Цитата: Андрей Александрович А. от июля 26, 2024, 23:53:17Так что внутренняя замкнутая система по определению небиогенна.

Думаю абсолютно замкнутых и полностью открытых систем нет, вопрос только в проценте открытости.

Разве образование клетки это не шаг к изоляции по сравнению с тем, что было до возникновения мембраной границы?
Вроде азы представлений о жизни - энтропия внутри клетки падает, упорядоченность растет, а за ее пределами за счет этой внутренней упорядоченности возникает как равновесный ответ рост хаоса.
Но может эти азы уже отменили, я мало знаю это направление.

Всё верно, но обмен веществом и энергией делает клетку открытой системой.

Цитата: Шаройко Лилия от июля 27, 2024, 12:53:15Если я правильно помню цитологию(биологи бывшими бывают)обычно цитоплазматической называют внешнюю мембрану, которая как бы вокруг цитоплазмы а вторую возле ядра ядерной.

ЦитироватьЯдерная мембрана является барьером, который физически защищает ДНК клетки от химических реакций, происходящих в других местах клетки.

В самой этой мембране обычно у любых типов клеток куча ионных каналов, через которые поступает фильтрованный поток внешних веществ, пропускается не все.




В биофизику ионных каналов пока погружаться не будем...
наверное...

у протоклетки в предположении начала с белков как я понимаю до ядра как до луны пешком.
Но в теории РНК жизни вначале возникает как бы ядро, митохондрии по теории вообще бывшие отдельные клетки, про которые даже есть версия, что их однажды слопали и не переварили.

Всё верно, но в абиогенезе всего этого ещё не было, было протоЦПМ. Я же об этом писал.

Конечно, это понятно. Я исхожу из того, что нужен всегда ориентир (это должно находиться перед глазами не только собеседников, но и читателей разного уровня знаний, этот уровень нам неизвестен)  -  к чему мы пришли сейчас и как формировалось то, о формировании чего более менее известно.

Если я начну мешать, можно мне сказать об этом, я легко испарюсь.