Мембраны, ионная асимметрия

В предыдущей главе мы пришли к необходимости эволюционного возникновения структурной организации для преодоления диффузионных ограничений биохимических процессов.
Структурная организация оказывается необходимой и по другим не менее важным эволюционным соображениям.
Ранее мы подчеркивали, что «биологическое (кинетическое) совершенство» зависит от скорости увеличения массы вещества данного вида. Казалось бы, если не принимать в расчет диффузионные ограничения, вещества данного вида — матричные молекулы и соответствующие ферменты могли бы существовать в виде неразделенной смеси — «живого киселя», по выражению Н. В. Тимофеева-Ресовского.
Однако в этом случае естественный отбор становится неэффективным. Условие эволюции, способ естественного отбора— гибель, смерть менее приспособленных. Гибель должна быть строго избирательной — лишь менее совершенных. Это возможно лишь при условии существования «живого вещества» в виде дискретных порций, содержащих необходимый я достаточный, комплект матричных макромолекул, ферментов и всего прочего. Чрезмерная избыточность понижает селективные преимущества.
Оптимальный по размеру комплект матричных и каталитических полимеров я низкомолекулярных веществ необходимый и достаточный для жизни — это элементарный организм, клетка. Такой организм должен обладать специфической поверхностью, отделяющей его от внешней среды и препятствующей вымыванию веществ, нарушению необходимого их комплекта.
Следовательно, биологическая целесообразность, т. е. предельно совершенная форма гибели, смерти достигается при разделении «вещества» данного вида на в некотором смысле независимо погибающие организмы. Размеры этих первичных организмов — клеток должны удовлетворять двум противоположным требованиям: с одной стороны, они должны быть достаточно большими, чтобы в них мог поместиться весь необходимый для автономного существования набор матриц, ферментов и прочих молекул, а с другой,— достаточно малыми для достижения наиболее интенсивного процесса естественного отбора наиболее экономным образом, а также для обеспечения требуемой поверхности взаимодействия с внешней средой.
Теперь на очередь становится задача рассмотрения биохимических механизмов отграничения от внешней среды, специфической биохимии клеточных поверхностей, клеточной оболочки.
Наиболее естественным механизмом построения оболочек клеток, образования дискретных порций живого вещества в водной среде, является создание гидрофобных границ раздела. Поскольку речь идет об отграничении гидрофильных биохимических систем (ферменты, матричные молекулы и другие основные биохимические компоненты по необходимости гидрофильны) от окружающей водной среды, первичная гидрофобная граница могла образовываться лишь детергентами, т. е. веществами-гибридами, содержащими гидрофильные группы, обращенные внутрь клетки, и гидрофобные группы, обращенные наружу. Таким образом, появление дискретных форм жизни — особей, клеток сопряжено с возникновением системы синтеза биодетергентов (например, фосфолипидов). Замечательным свойством детергентов является их способность образовывать дискретные структуры (пленки, мицеллы, коацерватные капли, пузыри, пену. Эта способность обусловлена взаимодействием сравнительно небольших молекул детергентов друг с другом и с молекулами среды посредством ван-дер-ваальсовых и электростатических сил. Эволюционная необходимость детергентов и липидов, возможная роль коацерватных структур, появляющихся в смесях детергентов и белков в процессе возникновения жизни, рассмотрены А. И. Опариным и сотрудниками.
Ключевая роль детергентов в формировании дискретных особей (в том числе и прекрасных) вполне соответствует представлению о возникновении Венеры (Афродиты) из пены морской.
Возникновение клетки представляется следующим образом. В ходе эволюции появляются ферментные системы синтеза детергентов (например, фосфолипидов). Слой таких детергентов обволакивает комплект матричных молекул, молекул ферментов и низкомолекулярных метаболитов, образуя поверхностную мембрану. Синтез компонент мембраны строго регулируется — их количество должно соответствовать поверхности клетки.







Материалы

Яндекс.Метрика