Подведем некоторые итоги. Моделирование добиологической эволюции:

1. Случайная самоорганизация хаоса с возникновением необратимой эволюции практически нереализуема. 2. Системы должны быть открытыми, находиться в состояниях, далеких от равновесных, чтобы была возможность осуществления самоорганизации. 3. Самоорганизация и отбор сложных органических макромолекул возможны, если абиогенная (химическая) молекулярная система характеризуется метаболизмом, самовоспроизведением и мутабельностью. Метаболизм означает, что система открыта и в ней происходят полимеризация и распад полимеров. Метаболизм осуществляется за счет притока вещества, обладающего избыточной свободной энергией (в частности, это нуклеозидтрифосфаты, например, АТФ). Самовоспроизведение - матричное копирование полимера означает автокаталитический процесс. Мутагенез - необходим для создания новой информации. 4. Молекулярная система определенное время способна существовать в стационарном состоянии (условие сохранения постоянной организации или условие постоянных потоков). Эти условия определяются условиями окружающей среды. 5. Такая система может быть названа "дарвиновской", поскольку происходит отбор и самосовершенствование. "Выживают" молекулы, обладающие наибольшей селективной ценностью (быстрее других реплицируются и эффективнее используют поступающие в систему вещества и энергию). Такие молекулы называются "главными копиями". Очередной шаг в развитии наступает в результате мутаций, приводящих к созданию новых "главных копий". 6. Химическая эволюция развивалась в локальных системах (каоцерватах, микросферах, порах глинистых материалов), которые образовали химические микрореакторы. В ходе конкуренции этих микрореакторов возникал "молекулярный язык", приводящий к созданию генетического кода.

Тема 11. Генетическая информация.

Генетическая информация - программа свойств организма, получаемая от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода. Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма.

Современная биология утверждает, что одна из главных черт жизни - это самовоспроизводимость.

Самовоспроизводимость - это способность живого организма к размножению, рождению и выращиванию себе подобных. Как известно, генетическая (наследственная) информация записана в цепи молекулы ДНК в виде последовательности более простых молекул - нуклеотидных остатков, содержащих одно из четырех оснований: аденин (А), гуанин (G) - пуриновые основания, цитозин (С) и тимин (Т) - пиримидиновые основания.

Таким образом, нам необходимо вспомнить, что мы знаем о молекуле ДНК.

Структура молекулы ДНК была изучена в 1953 г. Дж.Уотсоном и Ф.Криком. Они установили, что молекула ДНК состоит из двух цепей, образующих двойную спираль, которая закручена вправо (по часовой стрелке). К полимерному остову спиральной цепи ДНК (состоит из чередующихся остатков фосфата и сахара дезоксирибозы) "прикреплены" нуклеотидные остатки. Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum - дополнение). Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием. Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию. Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали. Цепи ДНК - комплементарны, т.е. имеется взаимное соответствие между их нуклеотидами, которые образуют уотсон-криковские пары Г-Ц и А-Т. Сами же цепи в двойной спирали антипараллельны.

Рис.1. Схематический вид молекулы ДНК

На рис.2 показана часть расшифрованной структуры молекулы ДНК.

Итак, напомним, что в основе самовоспроизводства лежит способность молекулы ДНК к удвоению, которое называется репликацией ДНК. Репликация ДНК основана на принципе комплементарности, что хорошо иллюстрируется схемой, приведенной на рис.3.

Рис.3. Удвоение молекулы ДНК.

В живой клетке удвоение происходит потому, что две спиральные цепи расходятся, а потом каждая цепь служит матрицей, на которой с помощью особых ферментов собирается подобная ей новая спиральная цепь ДНК. В результате вместо одной ДНК образуются две, неотличимые по строению от родительской молекулы ДНК (рис.4).

Рис.4. Репликация ДНК.

В результате создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из которых имеет одну нить, полученную из материнской молекулы, и одну нить, синтезированную по комплементарному принципу. Теперь обсудим, как происходит передача информации в клетке. Напомним, что участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка, называется геном. Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК). Процесс передачи информации идет двумя путями: - по каналу прямой связи (ДНК - РНК - белок); и по каналу обратной связи (среда - белок - ДНК). Синтез белка происходит в рибосомах клетки. К ним из ядра поступает информационная (или матричная) РНК ( иРНК), которая может проникать через порог ядерной мембраны. Что же такое иРНК ? иРНК это: а) одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити ДНК; б) копия ДНК ; в) копия не всей молекулы ДНК, а лишь ее части (по длине). Эта часть соответствует одному или группе рядом лежащих генов; г) молекула, образованная под действием специального фермента - РНК-полимеразы, которая, продвигаясь по нити ДНК, ведет синтез иРНК; данный процесс называется транскрипцией.

Как определяется длина части ДНК, с которой снимается копия в виде иРНК?

В начале этой части и в ее конце находятся специфические последовательности нуклеотидов, которые может "узнавать" РНК-полимераза и таким образом "определять" участок считывания. Весь процесс репликации, осуществляемый разными белками-ферментами, очень согласован, поэтому часто употребляют термин - работа "репликационной машины". Репликация идет с очень высокой точностью. ДНК млекопитающего состоит из 3 млрд. пар нуклеотидов, а в процессе воспроизведения допускается не более 3 ошибок. При этом надо помнить, что синтез идет с большой скоростью - от 50 до 500 нуклеотидов/сек, поэтому в клетке существуют специальные корректирующие механизмы: ДНК-полимеразы дважды проверяют соответствие нуклеотидов исходной матрице. Итак, в процессе синтеза белка иРНК, пройдя через ядерную мембрану, поступает в цитоплазму к рибосомам, где осуществляется:

а) расшифровка генетической информации,

б) синтез из аминокислот биополимерной макромолекулы белка.

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (тРНК). В клетке имеется столько аминокислот, сколько типов кодонов, шифрующих аминокислоты.