Реферат: От молекулы к клетке - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

От молекулы к клетке

Банк рефератов / Биология

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 106 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

ОТ МОЛЕКУЛ К КЛЕТКЕ С давни х пор людей интересовало происхождение живой материи . Сегодня многие ученые считают пр облему зарождения жизни почти решенной . Им не ясно лишь , что сыграло роль “первой скрипки” нуклеиновые кислоты или белки . Существует немало гипотез , акцентирующих вни мание , либо на отборе матриц (ДНК , РНК ) в бесферментных условиях , либо на безматрично м усовершенствовании древних ферментов . На на ш взгляд , главный их недостаток - исключение тех этапов эволюции , которые предшес твовали появлению и матриц , и ферментов . В настоящей работе построена полная модель эволюционного перехода от хаоса разнородных органических молекул к феноменальной сложности и упорядоченности клетки . Около ч етырех миллиардов лет назад на Земле по явились водоемы , в которых образовался так называемый первичный бульон . В нем присутствовали многие органические соединения : ам инокислоты , азотистые основания , нуклеотиды , нуклеи новые кислоты , полипептиды и др . Возможность их синтеза под действием УФ-свет а , электрических разрядов и других энерге тических факторов молодой Земли доказана мног ими экспериментами . Древняя атмосфера не соде ржала кислород , и пропускала УФ-излучение в области 260 нм . В таких условиях главным к ритерием отбора молекул первичного буль о на была их устойчивость к ультрафиоле ту , способность не разрушаться при облучении , а сохранять свою структуру и свойства . Важнейшее значение имели внутрим олекулярные и межмолекулярные переносы энергии . В 60-х годах был открыт так называе мый триплет-эксито нный перенос энергии в нуклеиновых кислотах (ДНК или РНК ) под действием УФ-света . Этот процесс начинается , когда одно из азотистых оснований полинуклео тидной цепи поглощает УФ-квант . Оно переходит в возбужденное триплетное состояние , после чего передает э н ергию соседнему основанию , а само возвращается в невозбужде нное состояние . Перенос энергии по цепи ид ет при строгом соответствии квантовых свойств соседних оснований и оптимальных расстояниях между ними . Он продолжается до какого-либ о нарушения однородной первичной стру ктуры макромолекулы (модифицированного основания , перегиба цепи и др .), где энергия может высвободиться . Экспериментально доказано , что дест рукции РНК происходят не в точках поглоще ния УФ-квантов , а в участках с внутренней предрасположенност ь ю . Для нас важно , что триплет-экситонный перенос успешно идет в биологической РНК , состоящей из стандартного набора 4-х азотистых оснований , соединенных 3'-5'-связями . В древних водоемах имелись разнородные нуклеиновые кисло ты , изначально не обладавшие уп орядоченно й структурой . При УФ-поглощениях те фрагменты , в которых шел триплет-экситонный перенос , сохранялись , другие изменялись . Происходила селек ция макромолекул , подобных биологическим. Ясно , что при интенсивном УФ-облучении устойчивость РНК зависела н е только о т внутримолекулярных переносов , но и от пе редачи энергии вовне . Здесь требовались индук тивно-резонансные взаимодействия с какими-либо мол екулами-акцепторами . Для них важно , чтобы диста нция донора энергии и акцептора не превыш ала некую пороговую в еличину (около 100А ), а спектральная полоса флюоресценции д онора перекрывалась с полосой поглощения акце птора . Подходящие спектральные полосы имели м ногие органические соединения первичного бульона . Но их использованию в качестве акцепторо в индуктивно-рез о нансного переноса ме шала удаленность от УФ-активированных РНК. В живых клетках контакты молекул-доноров с молекулами-акцепторами обеспечивают специальны е биокатализаторы - ферменты . Они состоят из синтезированных матричным путем полипептидов , с опряженных с некоторыми другими химическими группировками . Ферменты очень недолговечны . И х полипептидные компоненты должны постоянное обновляться . В первичном бульоне без матричного си нтеза не могло быть подлинных ферментов , н о имелись "дикие " полипептиды , которые пр и определенных условиях выполняли ту же роль . Рассмотрим два варианта их взаимо действий с РНК , поглощающей УФ-кванты . 1. Полипеп тид сам служит акцептором индуктивно-резонансных переносов энергии . При этом его структура меняется . 2. Полипептид связывает оп р еделенную молекулу (субстрат ) и удерживает ее в зоне индуктивно-резонансного переноса в качестве акцептора энергии . В этом сл учае он становится аналогом фермента (проферм ентом ) и вместе с РНК образует нуклеопроте идный комплекс , осуществляющий фотокатализ ( Рис . 1). Особую конформацию , позволяющую связ ывать конкретный субстрат , профермент приобретал стихийно в ходе взаимодействий первого т ипа . Вместе с субстратной специфичностью он получал важное селективное преимущество - устой чивость при взаимодействиях вт о рого типа . Потеряв ее , он возвращался к рол и акцептора энергии и вновь подвергался и зменениям. Одним и з важнейших свойств живой м атерии явл яется динамичность . В клетках постоянно идет распад и самосборка многих функциональных компонентов цитоплазмы . Здесь важную роль и грают метастабильные межмолекулярные связи , возни кающие при диссипации энергии в ходе биок атализа . Древние молекуля р ных комплек сы также имели метастабильные связи . Ночью в отсутствии УФ-излучения они распадались , д нем повторяли самосборку . Такая цикличность , п одчиненная суточному ритму , усиливала изменчивост ь РНК и полипептидов , ускоряла отбор , что было необходимым усл о вием эволюц ии . Сборка комплексов зависела от расположени я их компонентов в водной среде , от ор иентации к потоку УФ-света . Мы предположили , что большое селективное преимущество давало их соединение в пленку , состоящую из мн огих УФ-поглощающих , субстратсвяз у ющих и соединительных элементов . Роль последних могли выполнять фосфолипиды , отличающиеся стабиль ностью и способностью спонтанно образовывать пленочную структуру. Успешность самосборок метастабильных комплек сов в пленку в большой степени зависела от свойст в их УФ-поглощающих компоненто в . Мы предположили , что приоритет имели РН К с кольцеобразной вторичной структурой . Дело в том , что в кольце РНК при интен сивном УФ-облучении идет циркуляция экситонных переносов , удлиняющая время взаимодействия с акцептором . Э нергия нескольких УФ-кван тов может суммироваться и передаваться акцепт ору импульсами , зависящими от размера кольца . В этом случае кольцо РНК играет роль накопительной антенны , а индуктивно-резонансный перенос приобретает характер автоколебаний . Рав ные кол ь ца имеют равную энерговоо руженность . На заре абиогенеза циркуляция эне ргии в однотипных РНК давала им преимущес тво при сборке фотокаталитических комплексов . Прочие полинуклеотиды оставались вне комплексов . Поглощая УФ-излучение , они подвергались дестр укци и. Итак , на первом этапе абиогенеза под давлением УФ-света шла селекция макромолекул и формировались пленки , осуществлявшие фоток атализ . Для них он стал не разрушителем , а необходимым источником устойчивости . Чтобы проверить эту гипотезу нужны специальные э кспериментальные исследования , которые позвол ят , во-первых , конкретизировать условия отбора нуклеиновых кислот и пептидов по критерию УФ-устойчивости , во-вторых , уточнить состав перви чного бульона. 2 Молекулярны е пленки расселялись в древних водоемах . Е сли они располагались в несколько слоев , только верхние поглощали ультрафиолет и сохраняли устойчивость . Нижние были закрыты о т УФ-света , испытывали дефицит энергии и р аспадались . Для их устойчивости требовались иные механизмы преобразования и переноса энерги и . У всех автотрофных организмов есть си стемы фотофосфорилирования , превращающие энергию видимого света в химическую энергию молекул-м акроэргов : АТФ , ГТФ и др . Известны два варианта таких систем . В одном из них в качестве первичного поглотителя света испо льзуется хлорофилл , в другом - бактериородо псин . При всех своих отличиях , и тот , и другой имеют столь сложную организацию , ч то не могут обходится без ферментов , синте зированных матричным путем . На заре абиогенез а матричный синтез не существовал . Но , т.к . в место видимого света использовалс я более богатый энергией ультрафиолет , фосфор илирование было организовано значительно проще современного . Мы предположили , что его осуще ствляли фотокаталитические комплексы , появившиеся еще на первом этапе . Их субстратсвяз у ющие компоненты приобрели сродство с АДФ , ГДФ и т.п . Для синтеза АТФ и ГТФ путем присоединения неорганического фосфата они использовали энергию УФ-квантов , поглощенных РНК. В много слойных пробиотических структурах УФ-зависимое фо сфорилирование могло идти только в верхних слоях . Нижним требовалась химическая энергия АТФ и подобных молекул . Энергоснабжение , осн ованное на диффузии макроэргов из верхн их слоев в нижние , создало предпосылки для бурного роста пробиотических пленок . (Рис . 2) Но очередным препятствием стало низкое соде ржание в водной среде строительных материалов , особенно полипептидов . Следовательно , дальнейшие перспективы абиоге н еза зависели от способности самих пробионтов их синтезиров ать . Живые клетки синтезируют полипептиды из аминокислот матричным путем с использованием многих ферментов , а источником энергии сл ужит АТФ . На втором этапе абиогенеза еще не было ферментов , и проб ионты не могли освоить матричный синтез . Но в них уже производились макроэрги типа АТФ , и это позволило начать безматричную полимериз ацию аминокислот . У живых клеток в состав молекулярных комплексов , связывающих аминокислот ы (рибосом и тРНК ), входят цепоч к и РНК типа "клеверный лист ", имеющие кольцеобразные и спиралевидные участки вторичн ой структуры . В эпоху многослойных пленок полинуклеотиды с таким сложным строением разр ушались в верхних УФ-поглощающих слоях , но могли появляться в нижних , защищенных от у л ьтрафиолета . Там они стали часть ю новых нуклеопротеидных комплексов - предков тРНК , которые связывали аминокислоты , используя энергию от гидролиза АТФ . Происходил безмат ричный синтез полипептидов , давший пробионтам важное селективное преимущество - постоя н ное снабжение макромолекулярным сырьем . Н а этом этапе очередность аминокислот в по липептидах не имела решающего значения. Второй этап абиогенеза привел к появл ению у пробионтов функциональной дифференцировки субструктур . Возникло автономное энергоснабжение и безматричный синтеза макромолекул . За тенение нижних слоев из помехи превратилось в обязательное условие устойчивости. 3 Если на первом этапе абиогенеза отбор нуклеиновых кислот был подчинен селективному давлению УФ-света , то уже на втором понадобились м олекулы РНК со сложной вторичной стру ктурой , требующие защиты от УФ-света . Их массовое воспроизводство было нев озможно без матричного синтеза . Во всех живых клетках молекулы РНК синтезируются на матрицах ДНК при участии многих ферментов . Этот процесс назы ва ется - транскрипция . Она начинается с разделени я двух цепей спирали ДНК . После чего о дна из них служит матрицей для синтеза РНК , а на другой воспроизводится парная (комплементарная ) ДНК . Это позволяет повторно копировать ее информацию . Известно , что син т ез РНК и ДНК идет при ра зных значениях pH водной среды . Кроме того у меньшение pH инициирует разделение двух цепей Д НК . Предпосылками для появления транскрипции у пробионтов было то , что в них уже производились молекулы АТФ и другие макроэ рги , из которых с интезируются ДНК и РНК . Вполне могли появиться двухцепочечные фрагменты ДНК - будущий матричный материал . Но поскольку еще не было ферментов , требовал ись другие факторы , управляющие разделением д вух цепей ДНК , синтезом РНК и восстановлен ием спаренной ДНК. Мы предположили , что решающим фактором стало различие pH в соседних участках внутре нней среды пробионта - так называемая компартм ентализация . Причиной параметрического различия с ред был перенос протонов через каталитически активные пленки . (Аналогичные пр оцессы в живых клетках - трансмембранные протонные переносы открыл английский ученый П.Митчел .) В одном из компартментов пробионта создавались условия , благоприятные для синтеза РНК , а в другом - ДНК . Транскрипция начиналась с рассоединения двойной спирал и ДНК и переноса одной из ее цепей через мембрану , разделяющую две среды . Эта цепь становилась матрицей для синтеза РНК , а другая оставалась в прежнем компартменте и служила матрицей для восстановления парной ДНК (Рис . 3). Можно предположить , что и у живых клеток важным условием тран скрипции служит компартментализация при переносе протонов через мембрану , содержащую рибосомы. На трет ь ем этапе абиогенеза благодаря матричному синтезу произошло наращивание генетического материала ДНК , количественное и качественное усовершенствование РНК . Возникла согласованность многих каталитических процессов и открылись н овые перспективы усложнения про б ионто в. 4 Так как УФ-энергия поступала только днем , ночью п робионты теряли активность и распадались , а каждое утро рождались заново . Это стало очередным эволюционным препятствием , для преодо ления которого на последнем этапе абиогенеза нужны были принципиал ьно новые “ночн ые” системы энергоснабжения . Как известно , у многих бактерий основой энергетики является гликолиз . Энергия , высвобождающаяся от частично го окисления некоторых органических соединений , направляется на фосфорилирование , т.е . на си нтез АТФ и д р угих макроэргов . Различные варианты подобного окислительного фосф орилирования служат важной частью энергоснабжени я всех живых клеток. Для перехода от ежедневных циклов асс имиляции и распада у пробионтов к круглос уточной жизни клетки требовался процесс , под обный гликолизу , направляющий химическую энергию органических молекул на синтез АТФ . Известно , что без ферментов он невозможен , т.к . доминирует обратный процесс - гидролиз АТФ . Ферменты образуются только из полипепт идов , синтезированных матричным путем . Сл едовательно , зарождению первых клет ок должен был предшествовать матричный синтез полипептидов. В пробионтах уже существовали молекулярны е системы безматричного синтеза полипептидов и матричного синтеза РНК . Имелись нуклеопроте идные комплексы , обладающие с родством с аминокислотами - предшественники тРНК . Оставалось преодолеть очередной эволюционный барьер - созд ать генетический код . Первоначально он мог быть значительно проще современного . Даже г рубое кодирование основных типов аминокислот сказывалось на с в ойствах синтезирован ных макромолекул и , тем самым , давало проб ионтам огромные селективные преимущества . Первые аналоги рибосом могли представлять собой относительно простые нуклеопротеидные комплексы , в которых контроль кодон-антикодонового соотве тствия и Р НК и тРНК шел за счет переносов энергии при их контактах . Возможно , следы этих микропроцессов проявляются в работе рибосом всех живых клеток и могут быть выявлены экспериментально. Попытки матричного синтеза полипептидов п родолжались долгое время , не оказы вая существенного влияния на эволюцию пробионтов . Но как только были синтезированы первые молекулы , способные связать какую-либо окислительн ую реакцию с фосфорилированием , матричные про цессы приобрели огромную селективную ценность . Пробионты перешли в реж и м круг лосуточной активности . Главным критерием отбора стало качество синтезируемых ферментов , их влияние на производство АТФ . Можно предположи ть , что первые ферменты катализировали окисле ние сахарного альдегида в фосфоглицериновую к ислоту , сопряженное с п е реносом не органического фосфата на АДФ . Позже по мер е истощения запасов органики в первичном бульоне , цепочки ферментативного окислительного ф осфорилирования удлинялись. На этом этапе могли возникнуть так называемые гиперциклические сети каталитических реа кций , значительно ускорившие эволюцию . Их описал немецкий ученый М.Эйген . Гиперцик лы стали возможны благодаря круглосуточному э нергоснабжению . Они обеспечили быстрое увеличение генетического материала , усовершенствование матр ичных процессов , рост арсенала фермент ов . Сформировались системы ферментативного биосин теза аминокислот , пигментов , полисахаридов ; образов ались клеточные оболочки , цитоплазматические мемб раны , рибосомы и т.д . Пробионты превратились в живые клетки. Этапы Факторы селективного давления Эво люция структур Эвол юция функций 1 УФ-излучение. Нукле опротеидные комплексы . Молекулярные пленки. Фотокатализ. 2 Неравномерность УФ-света в пространст ве (затенение ). Многослойны е пробиотические структуры. Фотофосфорилирование . Безматричный синтез пол ипепт идов. 3 Недостаток макромолекулярного сырья в среде. Пробионты с не однородной внутренней средой. Матричный синтез РНК и ДНК. 4 Неравномерность УФ-света во времени ( суточный ритм ). Первые клетки. Матричный синтез полипептидов . Окислительное фосфорилирован ие. Таблица . Этапы абиогенеза. Итак , путь от молекулярного хаоса перв ичного бульона к первым живым клеткам вкл ючал четыре эволюционных этапа . На каждом действовали новые деструктурирующие факторы , созд ававшие селективное давление . Поэтапная смена источник ов селекции вызывала переход про бионтов от одного уровня устойчивости к с ледующему . Финал предбиологической эволюции стал началом эры развития жизни на Земле. Автор М.Каценберг
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Фразу "Выйдешь за меня?" слышу только на работе...
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по биологии "От молекулы к клетке", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru