Хемоавтотрофы (бактерии, использующие для получения энергии реакции окисления неорганических веществ) по сравнению с фотосинтетиками создают мало биомассы, однако именно им принадлежит основная роль в замыкании биогеохимических циклов азота, серы, железа и других элементов в биосфере. В результате этого некоторые из них, например, нитрифицирующие бактерии, повышают плодородие почвы.
Привлечение различных сахаров в качестве дополнительных веществ, способствующих повышению плотности внутриклеточной среды, привело к более эффективному перемещению субъединиц БС и созданию различного рода гликолипидов и гликопептидов.
Отметим также, что часть реакций распада липидов, поставляющего углеродные скелеты для синтеза сахарозы и прочих углеводов, происходит в цитоплазме и в митохондриях, а другая - в сферических окруженных мембранах тельцах (глиоксисомах), содержащих ферменты глиоксилатного цикла - последовательности реакций, связанных с расщеплением жиров.
В свою очередь, повышенная концентрация различных сахаров (углеводов) во внутриклеточной среде совместно с аминокислотами способствовала появлению первых нуклеотидов, входящих в состав РНК, а также использованию в нуклеиновых кислотах самого легкого её нуклеотида - тимина (1,23 г/см3), что и привело в конечном итоге к использованию ДНК различными БС.
Поскольку мутационные процессы наблюдаются как РНК-овых, так и в ДНК-овых БС, можно считать доказанным тот факт, что появление тимина в БС способствовало, в первую очередь, резкому увеличению ариала сахаросодержащих БС, что и привело в дальнейшем к созданию прокариотов - археев, бактерий и эукариотов.
Учитывая, что плотность АТФ еще меньше, чем у тимина и составляет всего 1,04 г/см3, можно предположить, что он изначально сопровождал реакции липидных БС вначале в мире РНК, а затем и в мире ДНК, поскольку клеточные мембраны служат каркасом для синтеза своих собственных компонентов. Так, около половины всех мембран клетки ограничивают похожие на лабиринт полости эндоплазматического ретикулума (ЭР), в которых ЭР синтезируются липиды для всей остальной клетки.
Отметим, что многие важные биохимические процессы протекают внутри мембран или на их поверхностях. Например, при окислительном фосфорилировании и при фотосинтезе требуется полупроницаемая мембрана для сопряжения транспорта протонов с синтезом АТР.
Известно также, что на обращенной к цитозолю стороне ЭР находится множество других органелл - рибосом, занятых синтезом интегральных мембранных белков и растворимых белков, предназначенных для секреции или для других органелл.
В таком случае можно утверждать, что все клеточные компартменты должны обладать не только характерной ей функцией, но достаточно строго определенным значением плотности своей среды. Так, ядро не только содержит основную часть генома клетки, но и обеспечивает синтез РНК и ДНК. Попутно заметим, что в некоторых бактериях ДНК присоединена к впячиванию плазматической мембраны, называемому мезосомой.
Митохондрии и хлоропласты обеспечивают клетку энергией АТФ, используемого в реакциях биосинтеза, требующих поступления свободной энергии.
К тому же данное предположение невольно подтверждается значениями средней плотности ДНК разных БС одной и той же клетки. Так, величины плотностей ядерной, митохондриальной и хлоропластной ДНК разнятся не только в одной клетке. Они отличны для разных БС, включая вирусные частицы.
Вполне возможно, что и встраивание значительной части белков, в которых нуждается данная клеточная органелла, также связана со значениями их плотностей. Ведь известно, что синтез почти всех клеточных белков в ДНК-БС начинается в цитозоле - общем пространстве, окружающем все органеллы. После этого каждый вновь синтезированный белок затем специфически доставляется в тот клеточный компартмент или органеллу, в который в нём нуждается.
Использование в качестве БД БС аминокислот в дальнейшем способствовало не только к образованию липопротеидных БС, создание которых, в свою очередь, облегчило сборку нуклеотидных БС, но и привело к разнообразию липидов, поскольку их синтез непосредственно связан с метаболизмом пяти аминокислот: Phe, Tyr, Leu, Lys и Trp.
Высокая чувствительность аминокислот к изменениям внешней и внутренней среды только лишь приветствовалась при их выборе в качестве БД БС, что в последствии привело к созданию разнообразных энзимных (ферментных) БС.
Немаловажным фактом в выборе аминокислот в качестве БД является и их следующая особенность - при недостатке жиров или углеводов аминокислоты могут окислиться с выделением энергии. Это также чрезвычайно важное свойство аминокислот для мира РНК, поскольку АТФ - универсальный источник энергии для многих биохимических процессов, которая используется непосредственно, а не является формой запасания энергии.
Современными методами анализа в морской воде найдено две трети химических элементов таблицы Менделеева. Различные БС и отобрали их в качестве своих БД, превратив их тем самым в биоэлементы. Многие из них связываются с двухцепочечными нуклеиновыми кислотами, которые в этом случае выступают в качестве двухсубъединичных БС с БД в виде биоэлементов.
Описанная выше выгода от присутствия БД в БС, состоящих из двух идентичных субъединиц и одной БД, невольно приводила в процессе эволюции не только к их максимальной совместимости. БД зачастую лично способствовала созданию дополнительных ББ в новых - трехсубъединичных БС.
Для создания правильной геометрии остова двойной спирали ДНК очень важно, чтобы более объемные пурины всегда спаривались с пиримидиновыми, имеющими меньшие размеры. Однако, поскольку каждый из нуклеотидов имеет свою плотность, то и GC- и АТ-пары нуклеотидных БС будут иметь разную величину их плотностей.
Поскольку каждая из этих пар между собой образует разное количество водородных связей, можно определить соотношение разницы в значениях их плотностей и количествах связи. Так, разница в значениях плотностей АТ-пары, соединенных двумя водородными связями составит 0,37 г/см3, а в G-C-паре, соединённой тремя водородными связями - 0, 65 г/см3. В таком случае одна водородная связь АТ-пары удерживает разницу в 0, 185 г/см3, а водородная связь G-C-пары - 0, 223 г/см3. Следовательно, связь между G и C нуклеотидами крепче, чем между нуклеотидами А и Т.
Это свойство связей отразилось на температуре плавления ДНК. Чем больше ГЦ-пар в ДНК, тем выше температура её плавления (т.е. расхождения цепей этой двойной нуклеотидной спирали).
В связи с этим становится также понятным тот факт, что соотношение пар азотистых оснований А+Т/Г+Ц является важным показателем специфичности ДНК у разных организмов. В то же время нуклеотидный состав ДНК у одного и того же генотипа остаётся постоянным в изменяющихся условиях окружающей среды, что является важнейшим фактором сохранения наследственных свойств организма.
Таким образом, все приведенные в работе факты убедительно свидетельствуют о чрезвычайной важности значений плотности и плавучей плотности в создании БС.
Следовательно, именно эта характеристика составляющих БС является такой же основной для мира живой природы, как и значение атомного веса для объектов неживой природы. В этом - вся суть главного биологического закона.
Заметим также, что молекулы воды, создавая своим непрерывным движением БС, способны постоянно мешать их целостности, унося с собою как их субъединицы, так и БД, ими отобранные из водной среды.
В этой связи логично предположить, что БС, содержащие субъединицы и БД, малые по размерам и обладающие идентичной плотностью, способны эффективно проявлять свои функции только лишь при определенном их количестве. А это обстоятельство обязательно проявится в нуклеиновых кислотах БС повтором их генов, что, в свою очередь, благодаря их мутациям, приведет к разнообразию БС.
Подтвердим данное предположение следующими фактами.
В хлоропластах хлорофилл и другие пигменты, погруженные в тилакоиды, собраны в функциональные единицы (по 250-400 молекул), называемые фотосистемами [16].
Размер части генома, занятой повторяющимися последовательностями, широко варьирует между таксонами. У дрожжей он достигает 20 %, у млекопитающих до 60 % всей ДНК повторяется. У растений процент повторенных последовательностей может превышать 80 % [3].
Анализ вышеприведенных фактов позволяет утверждать, что вода - не только колыбель первых БС, но и их творец, и основной фактор эволюции объектов живой природы. Но именно амфипатичность составляющих БС, послужившая причиной создания первой БС, содержащей две идентичные субъединицы, стала основанием для возникновения всего разнообразия представителей живой природы.
Библиографический список
1. Аминоацил-тРНК-синтетазы. URL: http: //www.xumuk.ru/encyclopedia/ 210.html (дата обращения 24.01.2015).
2. Белки. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Белки (дата обращения 24.01.2015).
3. Биохимия: Учеб. для вузов /Под ред. Е.С. Северина. М.: ГОЭТАР, 2003. 779 с.
4. Броуновское движение. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1988. Т. 1. С. 229-230.
5. Гидрофильность. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидрофильность(дата обращения 24.01.2015).
6. Гормоны, регулирующие уровень сахара, и как они увеличивают вес. URL: http://www.eurolab.ua/woman/566/1215/11511/ (дата обращения 24.01.2015).
7. Морская вода. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Морская_вода (дата обращения 24.01.2015).
8. Основные физико-химические свойства вод Мирового океана. URL: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/voda-mirovogo-okeana.html (дата обращения 24.01.2015).
9. Перельман В.И. Краткий справочник химика, 7-е изд. Москва, 1964. - 620 c.
10. Пластом. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пластом (дата обращения 24.01.2015).
11. Повторяющиеся последовательности и сателлитная ДНК. URL: http://www.ngpedia.ru/id294894p1.html (дата обращения 24.01.2015).
12. Пролин. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пролин (дата обращения 24.01.2015).
13. Пролин. URL: http://eniw.ru/prolin.htm (дата обращения 24.01.2015).
14. Ратнер В.А. Генетический код как система //Соровский образовательный журнал. - 2000. Т.3, № 3. С. 17-22.
15. Характеристика вод Индийского океана http://geo.5materik.ru/stati/vody-indijskogo-okeana.
16. Хлорофиллы. URL: http://medbiol.ru/medbiol/botanica/001f30f5.html (дата обращения 24.01.2015).
17. Цитоплазма. URL: http://ru-ecology.info/post/103685802460004/ (дата обращения 24.01.2015).
18. Шишлова А. Свет далеких звезд и жизнь на Земле. URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/7509/ (дата обращения 1.02.2015).
19. Эволюция генов и геномов клеток. URL: www.irbis.vegu.ru/repos/470/ HTML/0085.Html (дата обращения 24.01.2015).
20. Энолаза. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Энолаза (дата обращения 26.01.2015).
21. Wang Y., Zhang L., Yao J. et al. Accumulation and resistance to copper of two biotypes // Bull. Environ. Contam. Toxicol. - 2009. - Vol.82 (4). - P. 454-459.