Две противоположные тенденции в эволюции

Если бы даже эволюция началась с возникновения полипептидных матриц, все равно произошел бы кризис. Сохранение матриц трудно совместимо с относительно высокой химической активностью полипептидов. Две противоположные тенденции — «консерватизм» и высокую каталитическую активность, нельзя с должным совершенством объединить в одном веществе. Поэтому, начнись дело с белков, все равно наступил бы кризис— побеждали бы матричные полипептиды, катализирующие синтез химически малоактивных «информационных» полимерных молекул (т. е. тех же нуклеиновых кислот) и в данном случае кризис удалось бе преодолеть лишь посредством выработки однозначного соответствия последовательности аминокислот в полипептиде последовательности нуклеиновых оснований в полинуклеотиде.
Это чисто диалектическое противоречие. С одной стороны, необходимость возможно более совершенного сохранения накопленного в поколениях запаса полезных мутаций, сохранение наследственных текстов, и с другой — обеспечение возможно более интенсивной жизнедеятельности и достижение темпа мутаций, достаточного для обеспечения возможно большей скорости эволюционного совершенствования.
Первая консервативная задача решается переходом функции сохранения наследственных текстов к специализированным молекулам ДНК. Почему именно ДНК? Вероятно из-за отсутствия гидроксила в положении 2 углеводного кольца дезоксирибозы, что делает ДНК химически более инертной, чем РНК.
Наличие двойной спирали ДНК существенно повышает сохранность наследственных текстов — повреждение одной из двух нитей в двойной спирали легко восстанавливается: уцелевшая нить служит матрицей для восстановления правильной последовательности мономеров в поврежденной.
Н. Г. Есипова и В. Г. Туманян следующим образом объясняют физико-химические причины функциональных различий ДНК и РНК:
«...Химические различия РНК и ДНК невелики: ОН группа во 2-м положении рибозы и урацил вместо тимима. Однако эти небольшие химические различия обусловливают существенныеразличия их конформации. Конформация двуспиральной РНК обычно А-форма, конформация ДНК — В-форма. В-форма характеризуется увеличенной по сравнению с А формой проекцией нуклеотидов на ось опирали: 13,4 А вместо 2,8 А. Однако главное стереохимическое отличие В-формы от А-формы заключается в том, что в первой расстояния между любой соседней парой фосфатов отличаются друг от друга меньше, чем в А-форме. Расчет потенциальной энергии различных конформации ДНК, проведенный методом атом-атомных потенциалов показал, что единственным устойчивым с точки зрения возможности достижения минимума потенциальной энергии типом структуры ДНК является В-форма. А-форма сама по себе нестабильна: она дестабилизируется электростатическими взаимодействиями. А-форма существует лишь при условии компенсации роста свободной энергии электростатических взаимодействий возрастанием энтропии в системе полинуклеотид — вода.
Увеличение SCHCT возможно либо за счет 5ДЦК — например, если линейная молекула ДНК свертывается в макроструктуру, либо за счет SpaCTB — например при разупорядочении воды. Последнее возможно при добавлении в раствор сильного и структурно подвижного дегидратанта. Наличие полимерного дегидратанта увеличивает вероятность перехода молекулы нуклеиновой кислоты в квазиглобулярное состояние, но не в Л-форму.
Таким образом конформация Л-типа возникает как частный случай конформационного перехода с увеличением энтропии системы ДНК-растворитель. Энтропийная стабилизация Л-конфор-мации делает ее неустойчивой по отношению к внешней полимерной среде. Напротив, В-форма устойчива как в такой среде, так и при комплексировании с полимерами. Это определяет основной тип взаимодействия ДНК с белками и лолимерными ли-гандами — взаимодействие типа решетка — решетка.
Из рассмотрения физико-химических особенностей ДНК и РНК следует возможная причина уникальной роли ДНК как хранителя информации в сложных биологических системах. РНК как структура неравновесная, не может быть основой для иерархического упорядочения при наличии в результирующей системе нескольких уровней иерархии, так как организация следующего уровня сложности в системе требует устойчивости предыдущего уровня, являющегося «строительным кирпичом» для следующего. В то же время в процессах считывания информации важно, "чтобы полимер с одной стороны удовлетворял условиям комплементарное™, а с другой был бы легко разъединяем с матрицей — носителем информации. Этим требованиям удовлетворяет РНК, образующая с ДНК энтропийно или кинетически стабильную.Л-форму.
Таким образом, данные о потенциальной энергии для различных структур ДНК и РНК могут служить объяснением, почему два типа нуклеиновых кислот, идентичных по многим физико-химическим свойствам, различны по своим функциям в процессах жизнедеятельности».







Материалы

Яндекс.Метрика