Биологическая структура (БС) , содержащая три идентичные и линейно расположенные субъединицы и одну биологическую добавку (БД)

В первой части данной работы довольно подробно рассматривались причины выбора в качестве БД аминокислот и биоэлементов.

Выгода от присутствия биологических добавок (БД), отобранных биоструктурами (БС), содержащими две идентичные субъединицы и одну БД, в процессе эволюции невольно приводила не только к их максимальной совместимости. Данное качество БС, в свою очередь, привело к появлению многообразия липопротеиновых и нуклеопротеиновых БС как с аминокислотами, так и с биоэлементами в качестве БД.

Липидная компонента БС и её роль в делении представителей жизни на археев, бактерий и эукариотов.

Присутствие на земле огромного количества липопротеиновых и нуклепротеиновых БС требует логического объяснения их создания. А для этого необходимо дать хотя бы краткую характеристику их составляющих и места первичного образования этих БС.

О том, что именно липидные БС создали все разнообразие живого мира, свидетельствуют следующие факты. Разный липидный состав характерен как для плазматических мембран различных типов клеток, так и для разных мембран одной и той же эукариотической клетки. Липидный состав мембран растений заметно изменяется в зависимости от освещенности, температуры и pH. Только у археев в клеточной мембране присутствуют липиды, содержащие простую эфирную связь и нет синтазы жирных кислот.

У некоторых архей липидный бислой заменяется монослоем. Фактически при этом липидные «хвосты» двух разных фосфолипидных молекул сливаются с образованием одной молекулы с двумя полярными головками [25]. Описанные ранее слияния двух разных фосфолипидных молекул архей делают мембрану более стойкой и лучше приспособленной для суровых условий. Например, ферроплазма имеет липиды этого типа, и они помогают ей выживать в сильнокислых условиях [26].

Именно эта описанная выше особенность липидного слоя архей наглядно свидетельствует как о жизнеспособности БС с двумя идентичными субъединицами, так и их дальнейших модификаций в БС, содержащие три идентичных субъединицы с одной БД.

В связи с тем, что первые БС могли быть липидными, напомним, что величина плотности липидных молекул, как и молекул воды (отобравших и охранявших липиды от высоких температур в водной составляющей вулканических выбросов) зависит от температуры.

Напомним, что липидами (от греч. lipos — эфир) называют сложную смесь эфироподобных органических соединений с близкими физико-химическими свойствами, которая содержится в клетках растений, животных и микроорганизмах.

В настоящее время липиды часто делят на 5 основных классов: глицеролипиды (жиры и масла), гликолипиды, глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды и стероиды [2].

Для стабилизации и усиления мембран требуются большие планарные молекулы (как у стерола). Эквивалентами стеролов в бактериальных мембранах служат гопаноиды — пятичленные углеводороды, похожие на стеролы. У архей — это бактериоруберин, а у анаэробных бактерий — плазмалогены, у растений — ланостерол, а у животных — холестерин [8].

Наиболее известный среди стеролов — холестерол (холестерин), являющийся одним из главных компонентов цитоплазматической мембраны, а также липопротеинов плазмы крови. В этой связи заметим, что хиломикроны — самые большие из современных липопротеинов, достигающие размера от 75 нм до 1,2 микрона в диаметре, образованы одним слоем липидов — триглицеридов. Кроме триглицеридов хиломикроны содержат также холестерин и эфиры холестерина.

Холестерол — нерастворимый в воде природный жирный (липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых организмов, за исключением прокариот. Этот природный стабилизатор текучести плазматической мембраны, составляет до 40% от общего количества липидов в клеточной мембране представителей фауны [23].

Отметим, что самый легкий жир — сквален (C₃₀H₅₀;0,8562 г/смі, в воде нерастворим) обнаружен не только в печени акул, но и во многих растительных и животных тканях, в ряде микроорганизмов. Интересен тот факт, что сквален, стимулирующий иммунитет, вступая во взаимодействие с водой, способен образовывать кислород, именно поэтому его назвали «витамином кислорода» .

Сквален при взаимодействии с холестерином (C₂₇H₄₆O; холестерол; 1,07 г/смі; Тпл. 148−150 °C) поддерживает естественный синтез витамина D и улучшает транспортировку других витаминов и витаминоподобных веществ в «глубины» организма.

Для сравнения приведенных выше значений плотностей холестерина и сквалена напомним, что наименьшая плотность морской воды — 1,022 г/см^3 — была отмечена в поверхностных слоях экваториальной зоны Тихого океана, а наибольшая — 1,028 г/см ³ вблизи океанского дна [21].

Липидные БС могли использовать в качестве БД не только биоэлементы, но и их соединения. Это обстоятельство приводило к тому, что идентичный липидные БС могли иметь разную плотность. Благодаря этому эти БС занимали разное положение в пространстве и, как следствие этого, могли взаимодействовать с разными веществами.

В качестве подтверждения этого вывода приведем значение плотности кальция (Calcium (Ca), 20; 1,55 г/смі) и его соединения — гидроксида кальция (Ca (OH)₂; 2,211г/смі).

В этой связи отметим, что плотностью равной 1,55 обладает нуклеотид цитозин, в то время как значения плотности Ca (OH)₂ близко к значению плотности другого нуклеотида — гуанина (2,2 г/смі).

Высокие температуры окружающей среды и поляризация солнечного света, усиленная наличием вулканических взвесей и многочисленных газовых пузырьков приводила к гибели липидных субъединиц БС.

Поэтому первым БС, как липидным, так и нуклеотидным, чрезвычайно важно было отбирать в качестве БД, вещества способные затем превращаться в их субъединицы.

В этой связи заметим, что число аминокислот, отобранных БС для превращения в липиды, равно 5 (как и числу приведенных выше классов липидных молекул).

К аминокислотам, способным превращаться в липиды, относят: лейцин (Лей, Leu, L, C₆H₁₃N₁O₂, 1,191 г/смі); фенилаланин (Фен, Phe, F, C₉H₁₁NO₂, 1,29 г/смі), тирозин (Тир, Tyr, Y, C₉H₁₁NO₃, 1,456 г/смі), триптофан (Три, Trp, W; C₁₁H₁₂N₂O₂; UGG) и лизин (Лиз, Lys, K, C₆H₁₄N₂O₂) [13].

Вполне возможно, что БС с названными выше аминокислотами и биоэлементами, имеющими высокие значения плотности, организовали пул солелюбивых БС, распространившихся, в основном, в нижних слоях вод морей и океанов.

Для того чтобы покорить приповерхностные слои морских и океанских вод, БС вместо солей должны были использовать другие вещества — сахара (углеводы).

Как известно, углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100−110 мг/ % глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.

В этой связи напомним значения плотности наиболее распространенных углеводов. Сахароза C₁₂H₂₂O₁₁ имеет плотность 1,587 г/см³, глюкоза С ₆Н ₁₂О ₆-1,54г/см³, фруктоза C₆H₁₂O_6-1,695 г/смі.

Соответственно, в таких БС приветствовались в качестве БД аминокислоты, способные превращаться в углеводы и биоэлементы с малым значением плотностей.

Приблизительно 60% аминокислот из присутствующих в организме белков свободно превращаются в углеводы и для стабилизации уровня сахара в крови [16].

Учитывая наличие огромного количества фотосинтезирующих микроорганизмов, а также водных и наземных растений, становится понятным повышенное (по сравнению с аминокислотами, превращающимися в липиды) количество аминокислот, способных превращаться в сахара и полисахариды. Это — глицин (Gly), аланин (Ala), серин (Ser), треонин (Thr), валин (Val), аспарагиновая кислота (Asp), глутаминовая кислота (Glu), аргинин (Arg), гистидин (His), пролин (Pro) [13].

Согласно данным [14], к глюкогенным аминокислотам относят еще и: аспарагин (Asn), глютамин (Gln), глицин (Gly), метионин (Met), триптофан (Trp), цистеин (Cys). К глюкогенным также относят и тирозин (Tyr) с фенилаланином (Phe). Однако эти две аминокислоты также относят и к кетогенным Отметим, что к кетогенным аминокислотам относят лейцин (Leu), лизин (Lys) и триптофан (Trp).

В этой связи отметим, что только некоторые из названных выше аминокислот способны превращаться в сахара — рибозу (C5H10O5; 0.8г/смі; Т пл. 90 °C, являющуюся компонентом АТФ) и дезоксирибозу (C5H10O4; Т пл. 91°C), способствуя тем самым созданию РНК и ДНК. ДНК локализована преимущественно в ядре клеток, а РНК находится в ядре и цитоплазме.

Азотистые основания в ДНК бывают двух видов: двухкольцевые (пуриновые) — аденин, гуанин — 12 ангстрем и однокольцевые (пиримидиновые) — тимин, цитозин — 8 ангстрем. Азотистые основания нуклеотидов заключены внутри между витками спирали ДНК и соединены водородными связями, которые требуют строгой парности оснований. А именно, аденин связывается с тиамином, гуанин с цитазином.

Важнейшее свойство клетки — способность к ее самовоспроизведению. Но, кроме ДНК, ни один составной компонент клетки и входящие в ее состав белки такими свойствами не обладают. Способность ДНК к саморепродукции имеет громадное значение в процессе роста, деления и размножения клеток одного и того же организма (печени, мышечной ткани, нервной ткани) содержат в ядрах одинаковое количество ДНК.

При этом заметим, что в пурины превращаются три из 20 протеиногенных аминокислот: Gln, Gly и Asp, а в пиримидины только две из них — Gln и Asp.

В свою очередь, аминокислоты аланин, глютаминовая кислота и аспарагиновая кислота могут образовываться из углеводов и жиров. В то же время известно, что аланин может синтезироваться в организме из триптофана или цистеина, а глютаминовая кислота — из пролина и аргинина. Биосинтез аспартата (аспарагиновой кислоты) осуществляется в результате изомеризации треонина в гомосерин и далее.

Обратим внимание на тот факт, что среди этих аминокислот не названа лишь одна из 20 протеиногенных. Это — изолейцин (Иле, Ile, I; C6H13O2N; AUU, AUC, AUA; температура плавления 292 С, pI=6,02).

Ile — одна из незаменимых трех разветвленных аминокислот, необходимая для синтеза гемоглобина, участвующая в энергетическом обмене, поскольку она стабилизирует и регулирует уровень сахара в крови и процессы энергообеспечения.

Метаболизм изолейцина происходит в мышечной ткани.

В растениях и микроорганизмах изолейцин синтезируется посредством нескольких стадий, начиная от пировиноградной кислоты и б-кетобутирата; процесс катализируется рядом ферментов. В растениях и микроорганизмах изолейцин синтезируется посредством нескольких стадий, начиная от пировиноградной кислоты и б-кетобутирата; процесс катализируется рядом ферментов.

Необходимо соблюдать правильный баланс между изолейцином и двумя другими аминокислотами — лейцином и Валином, входящим в комплекс ВСАА (от английского branched chain amino acid). Данные аминокислоты объединены в один комплекс, потому что они действуют совместно и «помогают» друг другу в работе. Так, лейцин запускает белковый синтез, а изолейцин и валин подавляют секрецию гормона кортизола (главного последствия стресса). А это очень важно для роста мышц.

ВСАА работают только в больших количествах. Прием 1500 мг ВСАА сокращает количество кортизола в плазме крови на 48%.

Из BCAA-аминокислот в организме также производится глутамин.

Однако, к БД, выбранным липидными БС, помимо аминокислот относятся и неорганические вещества. К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относятся также соли. Для процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов наиболее важны K^+, Na ^+, Ca^2+, Mg^2+, из анионов — HPO₄ ^-, H₂PO ₄ ^-, Cl ^-, HCO₃ -.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в среде ее обитания, как правило, резко различна. Пока клетка жива, соотношение ионов внутри и вне клетки стойко поддерживается благодаря её разнообразнейшим мембранам, как наружным, так и внутренним.

Отметим также, что мембраны бактерий отрицательно заряжены, а мембраны ядерных клеток электронейтральны [25] и в каждой из них существуют специфические липидные рафты.

Следовательно, именно липидные БС ещё до клеточной эволюции — на стадии объединений БС с двумя идентичными субъединицами и одной БД в липидные плоты (рафты) определили: к какому из доменов представителей живой природы будет относиться их будущий владелец — к археям, к бактериям или к эукариотам.