Аннотации, Биологические структуры (БС) с одной БД и тремя идентичными субъединицами, образующими биоканал (БК) - Анализ этапов эволюции биоструктур до структур, способных объяснить большинство загадок зарождения генетических кодов. Часть 3

Определено расположение субъединиц в геномах вирусов, прокариотов и эукариотов, послужившее основой для создания универсального генетического кода.

Ключевые слова: Универсальный генетический код; ген; геном; биологическая структура; аминокислоты; кодоны; ферменты; плотность; свободная биологическая бухта; прокариоты; археи; эукариоты; вирусные частицы; вирусы; вироиды.

The arrangement of subunits in the genomes of viruses, prokaryotes and eukaryotes, which served as the basis for creating the universal genetic code.

Keywords: Universal genetic code; gene; gene; biological structure; amino; codons; enzymes; density; free biological bay; prokaryotes; archaea; eukaryotes; viral particles; viruses; viroids.

УДК 577.2

Биологические структуры (БС) с одной БД и тремя идентичными субъединицами, образующими биоканал (БК)

Факты, приведенные в первых двух частях данной работы, убедительно показывают, что БС, содержащая три линейно расположенные идентичные субъединицы, могла не только существовать, но и передвигаться в пространстве. Еще больше возможностей приобретала эта БС, включив в свой состав биологическую добавку (БД), обладающую сродством к одной из ее четырех биологических бухт (ББ). В силу этого такие БС могли распространиться повсюду и, встречаясь с себе подобными биоструктурами, образовывать уже разнообразные объединения таких БС. Именно такие биоструктуры можно было бы назвать "кодонными БС".

Заметим также, что БС, содержащая три идентичные и линейно расположенные субъединицы и одну БД, способна создавать и один специфический биоканал (БК), образованный, к тому же, одной и той же частью своих субъединиц. В результате этого в такой БС образовывалось три идентичных ББ (рис. 1).

Глядя на БС, представленные на рис. 1, невольно возникает ощущение, что в их создании, чрезвычайную роль могли сыграть именно гидрофобные свойства БД. Даже непосредственно не взаимодействуя с третьей субъединицей, гидрофобная БД невольно притягивала из внешней среды к двухсубъединичной БС молекулу, идентичную ее субъединицам. При этом непосредственное взаимодействие этой молекулы с двумя субъединицами первичной БС приводило к созданию новой БС с одним малым БК, созданным образующими трех идентичных субъединиц, в котором могла располагаться их единственная БД (рис. 1).

Обратим особое внимание и на тот факт, что при этом могут образовываться как гидрофобные каналы (на рис. 1а они обозначены голубым цветом, служащие прообразом прямой мицеллы, когда головки липидных молекул выставлены в водное пространство), так и гидрофильные каналы, обозначенные синим цветом и являющиеся прообразом "обращенной" мицеллы (рис. 1,б).

Несмотря на то, что такая БС, по сравнению с БС, обладающей тремя идентичными и линейно расположенными субъединицами, теряла одну ББ, она также оказывалась эволюционно выгодной. Благодаря тому, что БД стало сложнее покидать БК, чем любую из ББ двух - и трехсубъединичных линейных БС, трехсубъединичные БС с БК также получили эволюционное преимущество при неизменных условиях внешней среды.

В таком случае обе разновидности рассматриваемых БС могли являться предвестниками мобильных элементов генома (МЭГ) и гена клеточной структуры (Г-нКС). Так, например, БС с БК могла стать предвестником генома вирусоподобной частицы - вироида (Г-мВ) и кольцевых плазмид (КП).

Для подтверждения данного вывода приведем краткую характеристику вироида, открытого в 1971 г. американским фитопатологом Теодором Отто Динером (англ. Theodor Otto Diener; Цюрих, 28 февраля 1921). Вироиды - инфекционные агенты, представляющие собой низкомолекулярную одноцепочечную кольцевую РНК (мол. м. 150 000 - 170 000). В основном эти вирусоподобные частицы являются возбудителями инфекционных болезней растений, например, веретенообразности картофеля.

При изучении морфологических свойств вироидов обнаруживаются 2 формы структур - линейные (37-50 нм) и кольцевые (до 100 нм), обладающие инфекционностью [4]. Главный и единственный компонент вироидов (основных возбудителей болезней растений) - нуклеиновая кислота. Вироиды не образуют вирионов, не обладают антигенной активностью; имеют малую молекулярную массу, чувствительны к ферменту РНКазе, термостабильны и отличаются высокой инфекционностью [7]. Известно, что репликация вироида осуществляется клеточными системами хозяина на матрицах РНК или интермедиантах ДНК. Очевидно, новые вироиды могут образовываться при рекомбинации РНК. Вироиды в настоящее время рассматривают в качестве представителей добиотического "мира РНК", неких эволюционных реликтов и их прародителями вполне могли стать БС, образующие БК [3].

Недавно было обнаружено, что гепатит Д в человеке тоже вызывается вироидом. Hepatitis D virus (HDV) занимает как бы промежуточное место между вирусами растений и вирусами животных и, по-видимому, относится к наиболее древним формам жизни. Значительная разница между вироидами и HDV - это то, что, в то время как вироиды не производят белков, HDV производит два белка, названные маленькими и большими антигенами дельты (HDAg-S и HDAg-L) [4].

Наиболее вероятным является то, что репликация происходит в ядре клетки с кольцевых вироидных РНК - матриц при участии фермента репликазы (РНК-полимеразами) растения-хозяина. С образующихся минус-цепей комплементарных РНК копируются плюс-цепи, которые после их разрезания и кольцевания формируют молекулы вироидной РНК. Именно последняя, как показано экспериментально, ответственна за возникновение патологического процесса de novo вне связи со специфическими белками. Вироиды от хозяина к хозяину обычно передаются при вегетативном размножении, некоторые виды распространяются через семена и пыльцу, или с помощью насекомых-переносчиков (например, тлей) [3].

Косвенным подтверждением того, что вироиды могут входить в состав генома человека, служит следующий факт. Всего из отфильтрованного раствора человеческих фекалий было выделено около 33 000 опознаваемых нуклеотидных последовательностей, из которых 75 % оказались вирусными. К большому удивлению исследователей, только 3 % обнаруженных вирусных последовательностей оказались сходными с известными вирусами животных, остальные 97 % принадлежали растительным вирусам. Удалось "опознать" 35 видов растительных вирусов, в том числе 24 вида, заражающие сельскохозяйственные растения (в первую очередь фрукты и овощи). Выделенные из человеческих фекалий вирусы PMMV полностью сохранили способность инфицировать растения. Очевидно, заражать растения вирусными инфекциями способны не только люди, но и другие млекопитающие. Это открытие может иметь большое значение для растениеводства, поскольку навоз, издавна используемый в качестве удобрения, может оказаться для растений источником опасных инфекций [8].

Механизм патогенеза вирусов и вироидов может заключаться в репрессии физиологически важных генов хозяина за счет сайленсинга РНК, управляемого малыми интерферирующими РНК (siРНК). В роли siРНК выступают двуцепочечные и шпилечные фрагменты вироидов. Они связываются с комплементарными участками РНК хозяина и рибонуклеазой. Образовавшийся комплекс вызывает деградацию РНК хозяина. [5].

Похожие статьи




Аннотации, Биологические структуры (БС) с одной БД и тремя идентичными субъединицами, образующими биоканал (БК) - Анализ этапов эволюции биоструктур до структур, способных объяснить большинство загадок зарождения генетических кодов. Часть 3

Предыдущая | Следующая