Генетика
Креацентр > Статьи > Генетика > Оптимизация генетического кода

Оптимизация генетического кода

Часть 1

Генетический код в том виде, в каком мы его находим в природе, — канонический код, — оказался весьма оптимальным по различным критериям. Обычно считается, что генетический код был оптимизирован в ходе эволюционного процесса (для различных целей). Мы оцениваем это утверждение и находим его желательным. Мы определяем трудности, связанные с тремя семействами объяснений, найденных в литературе относительно того, как нынешняя конвенция 64 → 21 могла возникнуть в результате естественных процессов.

123rf.com/Sergey Sundikov

Порядок аминокислот в белках определяется информацией, закодированной на генах. Существует более 1,51 × 1084 возможных генетических кодов1, основанных на сопоставлении 64 кодонов с 20 аминокислотами и сигналом «стоп»2 (т. е. 64 → 21). Происхождение генетики на основе кода является для эволюционистов полнейшей загадкой,3 поскольку для этого требуется большое количество несводимых сложных машин: рибосомы, РНК-и ДНК-полимеразы, аминоацил-тРНК-синтетазы (aaRS), факторы терминации и т. д. Эти машины состоят по большей части из белков, что создает парадокс: для обработки закодированной информации необходимы десятки неродственных белков (плюс несколько специальных полимеров РНК). Без них генетический код не будет работать, но генерация таких белков требует, чтобы код уже был функциональным.

Это один из многих примеров дилемм «курица и яйцо», с которыми сталкиваются материалисты. Другой причиной является необходимость надежного источника АТФ для полимеризации аминокислот в белки: без необходимых белков и генов, которые уже существуют, такие молекулы АТФ не будут образовываться. Кроме того, любой генетический репликатор нуждается в надежном «сырье» из нуклеотидов и аминокислот, но некоторые из метаболических процессов, используемых клетками, взаимосвязаны. Например, до тех пор, пока различные аминокислотные биосинтетические сети не станут функциональными, нуклеотиды не смогут метаболизироваться. Вот некоторые из причин, по которым мы считаем, что естественные процессы не производили генетический код поэтапно. Мы надеемся представить подробный анализ минимальных компонентов, необходимых для работы генетического кода в следующей статье, но это не та тема, которую мы хотим рассмотреть здесь.

Литература полна работ, в которых утверждается, что универсальный код4 эволюционировал с течением времени и в каком-то смысле сейчас намного лучше, чем раньше, возможно, даже близок к оптимальному. Мы не можем рассматривать здесь все модели и утверждения, но мы надеемся представить несколько мыслей, которые, как мы надеемся, покажут, что эти утверждения являются «полетами фантазии». До сих пор не было предложено никакого реального работоспособного механизма1,3 в отношении того, как более простая генетическая система могла бы резко увеличить сложность и устойчивость к мутациям. Если бы был запущен примитивный репликатор, вопреки всей химической логике, можно ли было бы в соответствии с различными эволюционными сценариями усовершенствовать систему, чтобы генерировать 64 кодона → 20 аминокислот + «стоп» сигнал, используемый стандартным генетическим кодом?

Происхождение любого генетического кода

Прежде чем эволюционный процесс сможет оптимизировать код, реплицирующаяся форма жизни должна сначала существовать с некоторыми возможностями обработки информации. Треворс и Абель опубликовали одну из самых честных работ3 по вопросам, стоящим перед натуралистическим объяснением происхождения жизни. В частности, непонятным признается происхождение системы хранения и обработки информации, способной направлять синтез белков. По их собственным словам «… до сих пор ни одна статья не обеспечила правдоподобного механизма для написания алгоритма естественного процесса».5 Абель хорошо известен своими попытками найти естественное происхождение генетического кода и натуралистическим объяснением происхождения жизни. Он и фонд «Происхождение жизни» (The Origin-of-Life Foundation, Inc. ®)  предлагают постоянное предложение в размере 1 миллиона долларов любому, кто предоставит правдоподобное естественное решение.6 В резком контрасте с прямым предложением в этой статье3 есть большое количество работ о происхождении жизни, в которых нет никакой узнаваемой химии и не предлагают никакого концептуально осуществимого пути, как перейти от их неопределенных понятий к существующим генетическим системам.

Существует три основных подхода7, используемых материалистами для объяснения 64 → 21 карты генетического кода: (I) химические/стереохимические теории, (II) коэволюция биосинтетически связанных аминокислотных путей и (III) эволюция и оптимизация естественным отбором для предотвращения ошибок. Есть логика в том порядке, в котором мы представляем эти три подхода.

(I) ближе всего к вопросу о естественном происхождении биологического репликатора.

(II) уже требуется наличие большого числа сложных и интегрированных биохимических сетей. Попытки объяснить отображение кода 64 → 21 на этом уровне явно означали бы игнорирование вопроса о том, откуда взялись все эти молекулярные машины и гены.

(III) эволюционные гипотезы для объяснения 64 → 21 карты на этом уровне потребовали бы предположения, что все 20 аминокислот уже присутствуют в генетическом коде и что большинство генов уже кодируют высокооптимизированные белки.

(I) Химические / стереохимические теории

Все предложения в этой области предполагают какую-то простую стартовую систему, руководствуясь естественными химическими процессами. Эти примитивные системы затем накопили огромное количество сложности и изощренности.

Были предприняты попытки найти прямые химические взаимодействия между частями РНК и аминокислотами.8 Предполагается, что они привели к генетическому коду. Аминокислоты могут предпочтительно связываться со своими родственными кодонами,9 антикодонами,10 обратными кодонами,11 двойными спиралями кодон-антикодон12 или другими химическими структурами.

Признав, что «существует мало доказательств селективного связывания аминокислот с изолированными кодонами или антикодонами», Альберти13 предположил, что цепи мРНК будут взаимодействовать со специальными цепями тРНК, а короткие пептиды будут прикрепляться именно к этим тРНК. Будучи теперь сведены близко друг к другу, короткие пептиды будут полимеризоваться с образованием белков. Ряд кофакторов стабилизирует взаимодействие тРНК-мРНК, в конечном итоге превращаясь в рибосомы. Другой набор кофакторов уменьшил бы количество аминокислот, необходимых для обеспечения специфического взаимодействия с различными тРНК, что сегодня делается aaRS.

Возражения. Ни одно из сообщений в этой области не показывает какой-либо последовательной ассоциации между кодонами и аминокислотой, ожидаемой на основе генетического кода.14 Широкое разнообразие химических систем, разумно представленных в различных сценариях, не может быть оправдано свободными природными условиями, и чрезмерная свобода существует в интерпретации таких моделей, подрывая значимость любой конкретной.7 Поэтому часто утверждается, что первоначальные химические взаимодействия больше не могут быть идентифицированы посредством существующих кодирующих назначений генетического кода, но что такие предполагаемые взаимодействия, возможно, запустили процесс.16


Рисунок 1. Как работает генетический код. Три специфических нуклеотида (антикодон) на тРНК взаимодействуют со своим родственным кодоном на мРНК, тем самым добавляя правильную аминокислоту в растущую белковую цепь. Последовательность нуклеотидов в каждом коде на мРНК определяет, какая тРНК присоединится, и это определяет порядок аминокислот, которые должны составлять белок. Каждая тРНК заряжается аминоацил-тРНК-синтетазой, используя АТФ (не показано).

Предполагается, что аминокислоты, созданные в абиотических условиях, были впервые введены в примитивном коде.17 Но, поскольку все, кроме глицина, входят в зеркальные формы d и l18, такой источник аминокислот приведет к хаосу. Кроме того, 3 хиральных атома С в рибозе в РНК будут производить еще больше стереоизомеров в свободной природе. Кроме того, утверждение17,19, что аминокислоты, найденные в эксперименте Миллера, были бы первыми, которые будут использованы генетическим кодом, делает идиота20 из читателя, который принимает это, поскольку геологи сегодня считают, что газы, используемые в таких экспериментах, не имеют отношения к предполагаемой ранней атмосфере.18,21,22 Последующие эксперименты с более разумными газовыми смесями дали очень мало органического материала и практически никаких аминокислот вообще.18,23,24

В настоящее время порядок, в котором аминокислоты должны полимеризоваться, не сообщается генетическим кодом через прямые аминокислотные взаимодействия с ДНК или РНК-полимерами. Трансферная РНК используется для сопоставления кодонов с их специфическими аминокислотами. Три специфических нуклеотида (антикодон) являются частью молекул тРНК, и они быстро взаимодействуют со своими родственными кодонами на мРНК. На рисунке 1 показано, как специфические кодон-антикодонные взаимодействия определяют, какая аминокислота кодируется нуклеотидным триплетом мРНК. Кодон-антикодонные взаимодействия должны быть достаточно слабыми, чтобы позволить разделение, когда оно больше не нужно, но с достаточной специфичностью для предотвращения неправильного связывания. Но в отсутствие дополнительных механизмов, таких как рибосомы, которые помогают удерживать все на месте, взаимодействие между кодонами и антикодоном адаптера было бы слишком слабым, чтобы иметь какую-либо ценность. Таким образом, к удаленной и физико-химически не связанной части адаптера тРНК должна быть присоединена специфическая аминокислота (с потреблением высокоэнергетической молекулы АТФ) (рис.1)

Каким образом природа перешла от исходной системы, включающей химическое или физическое взаимодействие аминокислоты i («AAі») (где i представляет собой версию 1, 2, 3...) с тринуклеотидом РНК i («codonі»), к текущей схеме, основанной на адаптере i («adapі»)? Теперь две вещи должны происходить одновременно (см. рисунок 1). Одна часть данного адаптера под номером i, adapі, должна заменить исходное взаимодействие AAі/codonі, а ко второй части adap1 теперь должен быть присоединен тот же AA; (рисунок 2). Они не могут происходить последовательно, поскольку оба вида связей должны происходить одновременно, если необходимо сохранить примитивный «код», основанный на прямом взаимодействии. Поскольку пространственные отношения с другими аминокислотами теперь сильно отличаются, любые предполагаемые химические реакции с другими аминокислотами больше не могут происходить. Это означает, что все аминокислоты для взаимодействия с шаблоном должны быть заменены одновременно! Нельзя иметь смешанную стратегию, поскольку тогда может образоваться только часть предполагаемого исходного полипептида.

Рисунок 2. Эволюция от прямого взаимодействия аминокислоты с матрицей до молекулы адаптера. Утверждается, что аминокислоты37 первоначально физически взаимодействовали со специфическими триплетными нуклеотидными последовательностями, образуя древнюю основу генетического кода. Последующая вставка молекулы адаптера, такой как тРНК, требует закрепления одного конца адаптера в исходном месте взаимодействия аминокислот, и эта аминокислота теперь должна быть ковалентно связана с другой частью адаптера. Обратите внимание, что нет требуется никакого конкретного вида взаимодействия (например, образование сложноэфирной связи между матрицей и аминокислотой), пока существует сильное предпочтение взаимодействию между конкретной аминокислотой и некоторой уникальной последовательностью нуклеотидных кислот.

Рисунок 3. Молекула адаптера должна удовлетворять различным геометрическим ограничениям. Аминокислоты должны быть присоединены к молекулам-адаптерам (например, тРНКi) таким образом, чтобы образовывались пептидные связи. Как показано здесь, аминокислоты не могут реагировать друг с другом, так как две аминокислоты слишком разделены. В отсутствие сложной молекулярной машины, такой как рибосома, немыслимо, чтобы только отдельные молекулы-адаптеры могли заставить реагирующие аминокислоты иметь подходящую геометрию для образования правильного вида химической связи.

Рисунок 4. Молекулы-адаптеры должны надежно сворачиваться, чтобы привести реагирующие аминокислоты и родственные кодоны в правильную геометрию. (А) — приблизительная форма свернутых молекул тРНК. Пары оснований в стратегических местах удерживают различные виды оружия вместе, что позволяет распознавать механизм aaRS и надежно взаимодействовать с родственными кодонами мРНК. (B) и (C) представляют собой гипотетические нити РНК, которые не сворачиваются последовательно в надежные структуры или в формы, не подходящие для адаптера.

Если наследственный репликатор надежно функционировал без адаптера, то новая система, использующая множество специализированных молекул-адаптеров, должна быть, по меньшей мере, столь же эффективной немедленно, в противном случае прежняя система превзойдет новую эволюционную попытку. Это означает, что присоединение AAі к adapі должно быть очень надежным, как и в случае современных аминоацил тРНК-синтетаз. Помимо прочего, это требует надежного источника различных адаптеров i=1,2,3 ... (adap1) в течение «жизни» этого «организма» и в течение последующих «поколений». В частности, все эти адаптерные последовательности должны быть немедленно последовательно и в больших количествах метаболизированы для функционирования новой схемы кодирования.

Молекулы адаптера должны удовлетворять нескольким структурным требованиям. Место, где аминокислота i присоединена к своему родственному тРНКi, должно быть на приемлемом расстоянии, чтобы облегчить образование пептидной связи (рисунок 3). Каждый вид молекулы-адаптера должен надежно складываться в согласованную трехмерную структуру, которая способна привести реагирующие аминокислоты и родственные кодоны в правильную геометрию по отношению друг к другу (рис.4). В тРНК это достигается стратегически расположенным базовым спариванием и нитями РНК нужной длины.

Даже если два набора комплексов тРНК-аминокислот должны были быть связаны одновременно где-то вдоль матрицы, они не будут образовывать пептидную связь в отсутствие тщательно разработанного механизма трансляции. Если адаптеры не будут тщательно сконструированы, они будут переплетаться друг с другом и с матричными триплетными нуклеотидами (рис. 5). Даже если эти теоретические адаптеры могут удерживать две аминокислоты достаточно близко, чтобы реагировать, эндотермическая пептидообразующая реакция не будет происходить спонтанно. Образование пептидной связи в живых организмах обусловлено высокоэнергетическими сложноэфирными связями между аминокислотами и тРНК с помощью аминоацил-тРНК-синтетаз. Теоретических адаптеров, которые просто удерживают реагенты физически близко друг к другу, недостаточно. Если в редких случаях пептидная связь действительно образуется, то полученная молекула, вероятно, останется ковалентно связанной с одним из адаптеров (рис.6). Одно из требований к конструкции рибосом состоит в том, чтобы перемещать мРНК вперед храповидным способом, отсоединяя тРНК, аминокислота которой уже была использована. Для этого энергия обеспечивается ГТФ-связывающим белком, и используется сложная схема удаления конечного полипептида из мРНК. Это требование также было упущено из виду в представленной концептуальной модели.

Рисунок 5. Если эволюционирующие адаптеры не будут тщательно спроектированы, то они будут переплетаться вместе с матричными триплетными нуклеотидами. РНК, ДНК или другая сахарная матрица явно не допускают другие теоретические химические предложения. HOOC-Xі-NH2 представляют собой аминокислоты, где i = от 1 до 20, а Xі = CHRі (Rі — боковые цепи).

Рисунок 6. Без рибосомы дипептиды образуются редко. Если дипептид должен образоваться, то он останется ковалентно связанным с одним из адаптеров. РНК, ДНК или другой шаблон сахара явно не предполагается, чтобы разрешить другие теоретические химические предложения. HOOC-Xі-NH2 представляют собой аминокислоты, где i = от 1 до 20, а Xі = CHRі (Rі — боковые цепи).

Если бы, несмотря на вышеприведенные наблюдения, полипептиды начали образовываться; внутримолекулярные реакции, в которых карбоксильная концевая часть одной аминокислоты связывается с аминогруппой другой аминокислоты в растущей цепи, доминировали бы (рис. 7). Это просто потому, что они находятся близко друг к другу и, вероятно, будут реагировать друг с другом, прежде чем другие аминокислоты появятся, чтобы увеличить длину цепи. Механизм рибосомы разработан, чтобы предотвратить это.

Рисунок 7. Аминокислоты подвергаются внутримолекулярным реакциям, если их специально не ограничивать. Карбоксильная концевая часть растущего пептида почти всегда будет реагировать с аминогруппой на другом конце, образуя внутримолекулярный амид. n представляет собой две или более аминокислот. HOOC-Xі-NH2 представляют собой аминокислоты, где i = от 1 до 20, а Xі = CHRі (Rі — боковые цепи).

Кроме того, пептидные связи, включающие боковые цепи аминокислот, также могут образовываться, что приводит к образованию сложных и биологически бесполезных смесей. Например, аминогруппы (-NHR) присутствуют на боковых цепях аминокислот триптофана, лизина, гистидина, аргинина, аспарагина и глутамина и могут вступать в реакцию с карбоновыми кислотными (- COOH) группами других аминокислот. Это особенно верно, если предполагается, что жаркие условия позволяют образовывать пептидные связи. И наоборот, некоторые боковые цепи также содержат карбоновые кислоты (аспартат и глутамат), которые могут образовывать амиды с любой аминогруппой. Очень сложные части механизма рибосомы были разработаны для предотвращения таких нежелательных побочных реакций, удерживая функциональные группы точно на месте, чтобы направлять пептидные реакции, и изолируя функциональные группы, которые не должны реагировать друг с другом. Именно эта проблема является реальной проблемой для автоматизированной химии синтеза пептидов используемой сегодня, требующей сложных стратегий блокирования боковой цепи для обеспечения правильных реакций удлинения пептида.

Альберти, упомянутый выше,13 предоставил другой сценарий: адаптер является частью генетического аппарата с самого начала. В принципе, надо полагать, что мРНК, рибосомы, аминокислоты и тРНК все объединились давным-давно с минимальной сложностью. Затем эволюция совершила ряд неопределенных шагов, приближаясь к чуду, в результате чего появился генетический код. Первоначальная система каким-то образом добавила множество молекулярных инструментов и была отлажена. Любая другая эволюционная модель, основанная на подобных предпосылках, во многих деталях будет очень похожа на то, что он предлагает. Необходимые последующие этапы должны произойти, если эти предположения используются. Поэтому стоит посвятить некоторое время размышлениям о том, могут ли различные процессы происходить естественным образом. Наши замечания обязательно относятся и к другим возможным вариантам основного тезиса.

Рисунок 8. Предполагается, что коэволюция тРНК, мРНК и полипептидов привела к генетическому коду. Предполагается, что различные пептиды способны уникально взаимодействовать с последовательностно-специфичной тРНК, которая сама является основой пар в определенной части мРНК. «α» — это полипептиды альфа-спирали. (A) предполагается, что сформировались специфические для последовательности взаимодействия между наследственными Т-РНК и частями пептидов, а также между этими тРНК и более длинными областями мРНК. (B) предполагается, что различные последовательности специфичных тРНК присоединяются к частям мРНК, тем самым сближая их присоединенные аминокислоты. (C) предполагается, что реакция трансэтерификации между связанными с тРНК пептидами произошла в наследственном генетическом коде. (D) показано высвобождение тРНК, к которой больше не присоединена аминокислота, что позволяет проводить дальнейшую полимеризацию. (Альберти13).

Основное понятие представлено на рисунке 8. На практике мы покажем, что практически ни одно из необходимых утверждений в таких сценариях не сработает. От начала и до конца злоупотребляют химическими и физическими реалиями.

1. Природа не производит стереохимически чистых полипептидных и полирибонуклеотидных цепей. Таким образом, нет никакого способа, чтобы инициировать минимально функциональный прото-код. Во-первых, существует проблема источника оптически чистых26 исходных материалов. Во-вторых, в водном растворе максимум 8-10 РНК-мер могут полимеризоваться,27 и полипептидные цепи будут еще короче, даже после оптимизации температуры, давления, рН и концентрации аминокислоты, плюс добавление CuCl2 и быстрое улавливание полипептида в холодильной камере.28,29 Реагенты были бы чрезвычайно разбавлены, поскольку термодинамическое направление состояло бы в обратном гидролизе исходных материалов.

Альтернативные, неводные среды, такие как сторона сухого вулкана, были бы химически бесперспективны. Если бы в сухих, горячих условиях реакции присутствовали оптически чистые нуклеотиды и аминокислоты, то образовались бы более крупные молекулы. Но в результате получилась бы «грязь» или смола, так как образовалась бы сложная смесь трехмерных непептидных связей.30

2. Подавляющее большинство случайных цепей аминокислот, даже если они оптически чисты, не всегда образуют сложные вторичные структуры, такие как α-спирали, как это предполагается (рис.8).13 Конечно, верно, что альфа-спирали специфических существующих белков действительно взаимодействуют на определенных участках ДНК; но это не является ни совпадением и ни универсальной особенностью, а обусловлено точно подобранным набором пространственных и электростатических отношений, предназначенных для выполнения регуляторной функции.

3. Большая коллекция мРНК и тРНК необходима одновременно и в одном месте. И они должны предоставлять или передавать информацию для определения последовательностей белков! Срезы мРНК должны иметь точные последовательности, и комплементарные тРНК к основанию-паре с ними уже должны быть доступны. Мало того, что последовательности должны быть правильными, их порядок относительно друг друга также должен быть правильным. И таких мРНК должно быть большое количество, так как требуется много разных белков. С палитрой только четырех нуклеотидов (nt) даже крошечная цепь из 300 нуклеотидов предлагает 4300, или 4 × 10180 альтернатив (игнорируя все структурные изомеры, которые также могли бы образоваться), подавляющее большинство из которых было бы бесполезным. Какой же естественный процесс тогда мог организовать или запрограммировать мРНК и создать необходимые тРНК?

Это роковой недостаток в таких моделях. Доля случайных полипептидов, основанных на 20 аминокислотах, которые способны свести к минимуму надежность, чтобы предложить шанс получения полезного белка, мизерна,31,32 порядка одного из 1050. Чтобы обеспечить необходимую информацию для генерации одного из полезных вариантов, нечто должно организовать порядок оснований (A,G,C и T) в мРНК. Но в природе нет ничего такого, что могло бы организовывать нуклеотиды в информационно значимые последовательности.

4. Все различные пептиды, которые должны быть сконденсированы вместе, должны присутствовать. Откуда они взялись? Альберти пишет: «Относительно короткие пептиды (по крайней мере, до 17 м) распознают короткие специфические последовательности двухцепочечной РНК или ДНК».33 Среда двухцепочечной цепи предлагает гораздо более полезные физико-химические паттерны для распознавания, чем одноцепочечная тРНК в модели, и даже тогда это будет представлять примерно одну правильную последовательность из 1022 (= 2017). Откуда взялись эти пептиды, и как удалось избежать образования подавляющего большинства нежелательных пептидов? Обратите внимание, что необходимые пептиды будут иметь разную длину, в зависимости от того, что необходимо распознать на конкретной тРНК.

Рисунок 9. Пептиды не всегда будут связываться в одном и том же месте одной и той же тРНК. Могут происходить много видов взаимодействия между тРНК и пептидами. Например, образование сложного эфира с использованием свободной ОН-группы в рибозе может происходить во многих альтернативных положениях. А, В и С иллюстрируют три примера.

5. Будь то через сложноэфирные связи, слабые водородные связи или другие взаимодействия, без специфического спаривания оснований, опосредованного нуклеотидными полимерами, все бесчисленные разновидности полипептидов не будут последовательно связываться в одном и том же месте на тРНК-подобной молекуле. Например, любая свободная гидроксильная группа рибозы может свободно реагировать с карбоксильной группой пептида, образуя сложный эфир. Также могут иметь место все виды ван-дер-ваальских или водородных взаимодействий (рис. 9). Поэтому местоположение пептида не будет надежно определено каким-либо конкретным кодоном матрицы мРНК.

6. Взаимодействие мРНК-тРНК само по себе не является надежным, требуя значительного количества подходяще расположенных пар оснований между этими цепями, особенно в отсутствие какого-либо механизма репарпции, на длинных участках, что абсурдно. Часто на тРНК и мРНК будут внутренние одноцепочечные петли (рисунок 10). Это будет препятствовать тому, чтобы единственный кодон на мРНК определил уникально и надежно местоположение предполагаемого полипептида, присоединенного к тРНК.

Рисунок 10. Несовершенное спаривание оснований между первичными цепями мРНК-тРНК привело бы к переменным размещениям аминокислоты, связанной с наследственной тРНК. Различные наследственные нити тРНК и мРНК могут случайно образовывать пары в разных местах. Природа не случайно обеспечила бы области обеих молекул, которые просто оказались бы идеально подходящими для пары оснований в нужных местах, и одновременно обеспечила бы область на тРНК, в которой правильный полипептид мог бы взаимодействовать преимущественно. Несовершенное спаривание оснований и совпадения привели бы к внутренним петлям на тРНК и на мРНК. Любая аминокислота или полипептид, присоединенные к тРНК, будут затем обнаруживаться в различных положениях вдоль шаблонной мРНК. Даже если бы полипептидные цепи образовались, их последовательности были бы случайными, поскольку ничего похожего на код не существовало бы.

7. Важно понять, что автор называет «тРНК» (см. рис.8А).13 Ключом к его рассуждениям является то, что «специфичные для последовательности взаимодействия между полипептидами и полинуклеотидами приводят к накоплению специфических пар полипептид-полирибонуклеотид».25 «Близость между пептидом и молекулой РНК, вероятно, будет способствовать образованию сложноэфирных связей между ними».25 Автор предполагает, что это приводит к наследственной «тРНК».

Каждая такая «тРНК» состоит из определенной полипептидной последовательности (а не из отдельных аминокислот), которая химически связана с уникальной однонитевой РНК (рис.8B). Множественные тРНК должны прочно соединяться с матрицей мРНК25 и жестко удерживаться в определенных местах на матричной мРНК. Но новая пептидная связь может образоваться только между соседними тРНК, если они способны вступать в контакт. Это означает, что они должны быть прикреплены на концах тРНК, как показано на рисунках в оригинальной литературе,13 и что тРНК должны быть расположены близко друг к другу на мРНК. В противном случае сложноэфирная связь (между пептидом и РНК с образованием «тРНК»)25 была бы похоронена и была бы недоступна для аминогруппы второго пептида, с которым она должна связываться. На рисунке 11 показана карбоксильная группа тРНК1, недоступная для аминогруппы тРНК2.

Для получения «тРНК» автор предполагает, что части альфа-спиралей, каждая из которых состоит из различных серий аминокислот для обеспечения специфичности, будут обеспечивать уникальные взаимодействия.25 Однако случайные пептиды могут сворачиваться почти бесконечным числом способов и будут образовывать не только альфа-спирали в определенных местах (особенно если используются рацемические смеси аминокислот). Мы должны предположить, что полипептидные цепи, образованные в естественных условиях, почти всегда будут аморфными полимерами.

Возможно, есть альтернатива необходимости размещать прото-тРНК очень близко друг к другу вдоль матричной мРНК. Предположим, что места, в которых пары тРНК:мРНК являются более гибкими, позволяют им в конечном итоге подойти достаточно близко, чтобы среагировать. Это произойдет, когда части тРНК.мРНК не может образовывать пары оснований, образуя небольшие выпуклости. Или если бы тРНК отделилась от мРНК и оказалась в непосредственной близости от другой тРНК, с которой она может реагировать. Другими словами, место,  где реагирующие «тРНК» на самом деле расположены по отношению к матричной мРНК, будет отличаться.

Однако это разрушило бы представление о том, что древняя цепь мРНК является истинной кодирующей матрицей. Это не определило бы белковые последовательности, и не позволило бы устранить взаимодействия тРНК-мРНК в паре оснований (с помощью неопределенных «кофакторов» для удержания тРНК и мРНК вместе), сходящихся к единственному кодону, используемому в генетическом коде.

8. В этой грандиозной смеси тРНК и мРНК что должно предотвратить их перекрестное спаривание? Это позволило бы собрать все неправильные виды пептидов вместе, где они также могли бы полимеризоваться.

9. По мере удлинения пептидных цепей они начнут складываться в трехмерные структуры, которые будут окружать этерифицированную точку присоединения с тРНК. По стерическим причинам это предотвратило бы присоединение других тРНК в области той же мРНК, и функциональные группы, которые должны реагировать, сближаются друг с другом.

Такая система не имеет средств самовоспроизводства. Кроме того, постулирование множественных ковалентных сложноэфирных связей подразумевает некоторую горячую и сухую среду, которая несовместима с благоприятной эволюционной средой, представленной в качестве кандидатов для возникновения жизни.

Рисунок 11. Сложноэфирные связи между пептидами и шаблонными мРНК будут похоронены в полипептидных цепях, предотвращая дальнейшую полимеризацию. В рибосомах образующиеся белковые цепи удерживаются на месте таким образом, что реакционноспособные карбоксильные (-COOH) и аминные (-NH2) группы могут легко реагировать вместе, независимо от того, насколько большим становится растущий белок. Этот факт игнориуется в обсуждаемой упрощенной модели. По мере роста размера белка сложноэфирная связь будет становиться все более защищенной массой аморфного полипептида. После образования короткого полипептида дальнейшая полимеризация будет предотвращена, так как карбоксильные и аминные функциональные группы не вступают в контакт друг с другом.

11. Наше величайшее возражение: ничто из того, что нуждается в объяснении, не было серьезно рассмотрено. Что же это за «кофакторы», которые, как предполагается, позволяют эволюционировать реальным рибосомам и aaRS? Этим машинам (рибосомы, aaRS и др.) требуются десятки точно сконструированных белков, и потребовалось бы множество чудес, чтобы создать точные молекулярные инструменты для систематической замены пар оснований, используемых для связывания цепей тРНК и мРНК,13 оставляя только кодон-антикодонные взаимодействия. Именно так, предположительно, возникли современные рибосомы. Обратите внимание, что на более ранних этапах эволюции было постулировано огромное количество уникальных пар оснований, что позволяло однозначно связать каждую наследственную «тРНК» с определенной частью мРНК. В модели эти базовые пары систематически устраняются, но специфичность (т. е. какая тРНК присоединяется к какой части мРНК) не должна быть потеряна.

Одновременно с этим другие неопределенные эволюционирующие «кофакторы» ответственны за то, чтобы в конечном итоге связать одну аминокислоту с правильной тРНК, как это делают современные aaRS. Возможно ли это? Согласно модели,13 изначально из множества различных полипептидов (с 17 или более остатками)13 каждый связан с определенной РНК, что приводит к древней «тРНК». (Под «тРНК» автор на самом деле имеет в виду древнюю «заряженную тРНК», в которой используется полипептид, а не одна аминокислота). Двадцать аминокислот в семнадцати положениях приводят к 2017 = 1,3 × 1022 возможным «тРНК» плюс многие другие, имеющие более длинные или более короткие присоединенные полипептиды. Карбоксильные и амино-концы этих крупных полипептидов затем связываются, образуя примитивные белки (рис. 11). Автор не объясняет, каким образом была выбрана крошечная часть из более чем 1022 альтернатив, и не рассматривает вопрос о том, будет ли мизерное используемое подмножество достаточным для обеспечения минимальных биологических потребностей, основанных на таких сырых белках.

В современном коде кодируется каждый остаток каждого белка, что позволяет производить любую последовательность остатков. Предложенный древний код, однако, мог бы кодировать только отдельные большие, дискретные аминокислотные «блоки».

Альберти считает, что все более короткие полипептидные цепи в конечном итоге понадобятся для идентификации правильной РНК, с которой они должны связываться. Этот процесс должен завершиться в соответствующих aaRS, которые заряжают одну аминокислоту до определенной цепи РНК (т. е. реальных тРНК). (Напомним, что первоначально более длинные полипептиды, которые образуют альфа-спирали, должны были бы позволить специфическую идентификацию РНК, с которой они образуют сложноэфирную связь). Автор не предоставил никаких подробностей, которые обосновывали бы утверждение о том, что неуправляемая природа могла бы произвести этот эффект с помощью «кофакторов» или любого другого естественного метода.

Но еще один фундаментальный момент был упущен из виду. Предполагается, что первоначально дискретные блоки полипептида связываются между собой, обеспечивая необходимые белки. Аминокислоты теперь устраняются, что приводит к более коротким «блокам». Поскольку полипептиды, присоединенные к цепочкам РНК, укорачиваются, различные последовательности будут связываться с одной и той же цепочкой РНК, что и раньше, производя эволюционирующий код, в котором каждая «тРНК» будет заряжена различными полипептидами. Не вполне очевидно, почему модификация индивидуального «блока» путем исключения аминокислот все равно приведет к приемлемым примитивным белкам. И развитие всех «блоков» приведет к полному хаосу. Та же самая мРНК теперь будет производить совершенно разные версии белка.

12. По мере того, как кофакторы вводятся между прото-тРНК и мРНК, а также между пептидами и тРНК, пространственные отношения, позволяющие ранее связывать пептиды вместе, будут разрушены.

Вместо того чтобы продолжать эти туманные химические гипотезы, эволюционистам кажется более разумным воспользоваться любыми химическими материалами, которые они пожелают (прекрасно зная, что они имеют биологическое происхождение), и показать в лаборатории что-то конкретное и работоспособное. Если невозможно разумно организовать все компоненты любым желаемым способом (кроме простого воспроизведения существующей генетической системы), то в естественных условиях с загрязнением > 99,999%, ультрафиолетовым светом и почти бесконечным разбавлением, репликатор на основе кода просто не возникнет.

(II) Коэволюция биосинтетически связанных аминокислотных путей

С этой точки зрения, настоящий код отражает историческое развитие. Новые сходные аминокислоты будут эволюционировать с течением времени из существующих путей синтеза и присваиваться подобным кодонам. Некоторые исследователи утверждают,34 что биосинтетически связанные аминокислоты часто имеют кодоны, которые отличаются только одним нуклеотидом. Кроме того, утверждается,35 что синтетазы класса II более древние, чем синтетазы класса I, и поэтому десять аминокислот, обслуживаемых классом II, возникли бы раньше при разработке генетического кода.

Возражения. Здесь мы не можем дать исчерпывающего анализа этой гипотезы. Однако этот аргумент значительно ослабляется тем фактом, что многие аминокислоты являются взаимозаменяемыми. Даже случайно сгенерированные коды показывают сходные связи между аминокислотами, которые являются биосинтетически связанными,34 и совсем не ясно, какие аминокислоты следует считать биосинтетически связанными.36

Природа должна была бы экспериментировать со многими возможными кодами и создать много новых биохимических сетей, чтобы обеспечить новые аминокислоты для тестирования. Для этого потребуются новые гены. Природа не может смотреть вперед и жертвовать ради будущего, поэтому каждый из множества промежуточных исследовательских шагов не может требовать вредных этапов. Это создает невозможные проблемы для того, что может сделать случай плюс естественный отбор. Мы обсуждали понятие тестирования различных кодов в другом месте.1

Если в более ранней форме жизни использовалось только подмножество аминокислот, то должны быть получены необходимые доказательства. «Весьма законсервированные» белки, предположительно очень древнего происхождения, должны демонстрировать активное использование первоначально ограниченного набора аминокислот. Это ожидание особенно верно, если существующие последовательности демонстрируют небольшую изменчивость в одних и тех же позициях остатка. Кроме того, первый биосинтетический путь мог быть построен только с белками, основанными на аминокислотах, доступных в то время. Остаточные составы членов, как из древних, так и из более современных путей можно было бы сравнить, чтобы увидеть, существует ли смещение.

Разве неразумно требовать такого рода подтверждающих доказательств? Предположим, кто-то сообщил, что белки, используемые механизмом синтетаз класса II, полагаются только на аминокислоты, полученные таким образом. Каждый из ныне живущих эволюционистов использовал бы это в качестве окончательного и убедительного доказательства своей теории. Тогда почему человек не хочет делать такое предсказание? Не глядя на данные, мы прогнозируем, что это будет невозможно.

(III) Эволюция и оптимизация для предотвращения ошибок

Некоторые предположили,37-39 что генетические коды эволюционировали либо для того, чтобы минимизировать ошибки при трансляции мРНК в белок, либо для того, чтобы уменьшить тяжесть результата.40,41 Аналогичное предложение40,42 заключается в том, что эффекты аминокислотного замещения посредством мутаций должны быть сведены к минимуму за счет уменьшения вероятности их возникновения и серьезности исхода в случае их возникновения. Было бы желательно, чтобы случайные мутации просто вводили остатки с аналогичными физико-химическими свойствами.43,44

Аминокислоты могут характеризоваться, по меньшей мере, 134 различными физико-химическими свойствами,45 поэтому возникает вопрос о том, какое свойство или группа свойств являются наиболее важными. Например, показатели объема аминокислот кажутся менее важными, чем критерии полярности.46 Кроме того, мутации C ↔ G имеют тенденцию быть более частыми, чем мутации A ↔ U,47 для которых необходимо было бы принять во внимание оптимизированное соглашение о генетическом кодировании. Переходные мутации,48 как правило, встречаются чаще, чем трансверсионные мутации.48 Во время трансляции (и репликации ДНК) наиболее вероятны переходные ошибки, поскольку ошибочное принятие пурина за другой пурин или пиримидина за другой пиримидин является более вероятным по стереохимическим причинам.

Поэтому лучшие генетические коды обеспечивают избыточность, так что наиболее вероятные ошибки перевода или мутации очень часто приводят к одной и той же аминокислоте. Фриланд и Херст49 приняли это во внимание при сравнении с помощью компьютера миллиона случайно сгенерированных кодов, имеющих тот же самый паттерн кодонных назначений для различных аминокислот, что и стандартный код. Используя меру гидрофобности в качестве единственного ключевого признака, который должен быть защищен соглашением о кодировании (и принимая во внимание нуклеотидное мутационное смещение), они нашли только один код из миллиона, который только по критерию гидрофобности был бы лучше. Мы убеждены, что учет большего числа факторов, подлежащих оптимизации, позволит выявить, что эта пропорция будет значительно меньше.

Гидрофобность отражает тенденцию аминокислот избегать контакта с водой и присутствовать в скрытом внутреннем ядре свернутых белков. К сожалению, не было согласовано ни одного наилучшего показателя гидрофобности аминокислот, и было предложено, по меньшей мере, 43 различных метода лабораторных испытаний.50 Различные критерии часто приводят к очень различному ранжированию гидрофобности аминокислот.50

Другие считали, что изменчивость играет важную роль: устойчивость была важна для сохранения некоторых белков, но изменчивость требовалась также для обеспечения эволюции.51 Третьи сосредоточились на общих эффектах мутаций на взаимодействиях поверхности белка с растворителем, которые приводят к вторичным свойствам белка, таким как альфа-спирали и бета-листы.53

Возможность использования различных кодонов для кодирования одной и той же аминокислоты может быть выгодным. Например, если желательна низкая концентрация белка, можно использовать синонимичные кодоны, которые приводят к более медленной трансляции54,55, используя тот факт, что соответствующие aaRS часто присутствуют в очень разных пропорциях. Если специфическая тРНК присутствует только в низкой концентрации, целевой кодон должен ждать гораздо дольше, чтобы транслироваться, чем если бы тРНК была в высокой степени доступна. Шарп и соавт. сообщают,56 что гены с высокой экспрессией действительно предпочтительно используют те кодоны, которые приводят к более быстрой трансляции. Это реализуется путем поддержания различных концентраций соответствующих aaRS. Трансляция мРНК может быть замедлена, если редкий кодон, транслируемой рибосомой, должен ждать, пока соответствующая заряженная тРНК не наткнется на это место, например, чтобы дать время уже транслированной части для инициации фолдинга.57

Не очевидно, какое свойство или свойства аминокислот следует сохранять при наличии мутаций. Одно из предложений Фриланда и его коллег16 — использовать точечные принятые мутации (PAM) 74-100 матричных данных. Сравнение выровненных версий генов, которые мутировали (в организмах, предположительно имеющих общего предка) примерно через 100 миллионов лет, вероятно, выявило бы, какие аминокислотные замены более вариабельны или, с другой стороны, более нетерпимы к замене. Затем авторы исследовали, защищает ли присвоение синонимичных кодонов от таких изменений, и пришли к выводу,58 что универсальный генетический код «достигает от 96% до 100% оптимизации относительно наилучшей возможной конфигурации кода».

Механизмы обмена кодонами. Существуют различные сценарии1 относительно того, как кодоны могут начать кодировать другую аминокислоту. Согласно модели Осавы-Джакса,59 мутации приводят к тому, что некоторые кодоны исчезают из генома, а соответствующие гены тРНК, будучи лишними, исчезают. В этот момент эти геномы не будут иметь все 64 возможных кодонов, присутствующих в кодирующих белок областях. Этот процесс, как полагают, вызван мутационным смещением, приводящим к более высокому содержанию генома A-T или G-C. Когда позже это мутационное смещение обратится вспять, недостающие кодоны начнут появляться где-то в геноме. Они больше не могут быть переведены, так как соответствующая тРНК отсутствует. Но дупликация гена тРНК, сопровождаемая мутациями в антикодонном положении, может позволить распознать новый кодон на мРНК, который теперь будет переводиться на другую аминокислоту.

Модель Шульца-Яруса60 аналогична, но позволяет кодону оставаться частично присутствующим в геноме. Мутации в дублированной тРНК продуцируют другой антикодон или специфичность к зарядке новой аминокислоты и, следовательно, неоднозначную трансляцию кодона (т. е. один и тот же кодон может быть идентифицирован разными тРНК). Естественный отбор тогда оптимизировал бы определенную комбинацию. Кстати, у некоторых видов Candida CUG кодирует либо серин, либо лейцин,60 в зависимости от обстоятельств.

Возражения. Мы обсуждали различные трудности с понятием проб и ошибок, пытаясь найти лучшие соглашения о кодировании в другом месте.1 Существует более 1,5 × 1084 кодов, которые могут отображать 64 кодона с 20 аминокислотами плюс, по крайней мере, один стоп-сигнал.1 Это огромное пространство поиска, и большинство альтернатив придется отвергнуть. Но когда природа «узнает», что изучается лучшее или худшее соглашение о кодировании? Требуется несколько этапов.

1. Многие гены должны быть функционально близки к оптимальным, чтобы естественный отбор мог определить, когда случайные мутации приведут к появлению низших версий. Это означает, что для получения многих оптимальных генов потребуется невероятно большое количество мутационных исследований. Вмешательство в мутирующий генетический код будет препятствовать усилиям естественного отбора.

2. Один или несколько кодонов должны были бы быть перекодированы, и выяснить эффекты по всему геному. Во время этого процесса многие кодоны будут неоднозначными, так что мириады вариантов белка будут генерироваться почти всеми генами у одного и того же индивидуума. Естественный отбор будет сталкиваться с постоянно меняющейся оценкой того, будет ли эволюционирующий кодон полезным.

3. Одна эволюционирующая конвенция по кодированию должна быть завершена, прежде чем может быть начата другая. Например, если в течение интервала, когда 70% времени кодон приводит к аминокислоте «а», а 30% времени к «b», дополнительные кодоны также становятся неоднозначными, это привело бы к клеточному хаосу. Кроме того, мы нигде не видим в природе примеров множества неоднозначных кодонов, присутствующих одновременно в организме.

Генерация нового кода требует удаления средств для создания исходного варианта кодирования. В зависимости от механизма эволюции кода это может означать удаление дубликатов вариантов тРНК или aaRS во всей популяции. Это будет почти невозможно, поскольку избирательное преимущество будет минимальным, и в лучшем случае будет потреблять огромное количество ключевого эволюционного ресурса — времени.

Природа не может знать заранее, какое соглашение о кодировании в конечном итоге станет улучшением. Первоначальная 0,1% неоднозначность в одном кодоне, которая может быть ограничена одним геном (например, в случае специфических химических модификаций мРНК), вряд ли будет распознана естественным отбором. Обратите внимание, что эта 0,1% альтернативная аминокислота будет распределена случайным образом по всем копиям этого кодона в гене, и полученные белки будут присутствовать в нескольких копиях. Альтернативный остаток будет присутствовать только в небольшом меньшинстве этих белков, причем случайным образом.

После того, как новый код был исправлен, это ограничивает направление будущих эволюционных попыток. Нет никакого механизма, позволяющего вернуться к предыдущему коду после того, как он был оставлен, кроме как для повторного развития в этой системе. Учитывая большое количество не связанных между собой факторов, определяющих выживаемость прокариот из внешней среды и качество генетической системы, естественный отбор не будет обеспечен какими-либо последовательными рекомендациями. Правила будут постоянно меняться. И множество критериев необходимо учитывать одновременно при принятии решения, что делать с каждым кодоном. Кодоны могут быть использованы несколькими кодами, не связанными с определением аминокислот,61 и относительная важность компромиссов будет постоянно меняться.

Обсуждение

Мы считаем, что генетический аппарат был разработан, и согласны с тем, что должна быть логическая причина для выбранного кодона → аминокислотного картирования. Мы подозреваем, что защита от последствий мутаций действительно является одним из факторов, которые повлияли на сделанный выбор. Это потребовало бы предвидения всех видов генов, необходимых всем организмам, и взвешивания ущерба, который может нанести каждый вид аминокислотной замены. Оптимальная конструкция может также потребовать использования вариантов кода для некоторых предполагаемых организмов. Но мы хотим подчеркнуть, что код для определения порядка аминокислот в белках — это еще не вся история. Многие другие коды61-63 накладываются на одни и те же гены и некодирующие области, а также должны учитываться при разработке кода. Различные нуклеотидные паттерны используются для регуляторных и структурных целей ДНК. ДНК должна предоставлять информацию для многих других процессов, помимо определения последовательностей белков. Эти требования влияют на то, какой код будет универсально оптимальным.

Интересно, что теоретик дизайна вполне может выдвинуть аналогичное предположение в отношении Фриланда и его коллег,16 упомянутое выше, но основанное на других рассуждениях. В первом приближении оптимальная конструкция одних и тех же белков в разных организмах была бы одинаковой. По разным причинам, иногда замена аминокислоты была бы лучше. Например, в горячих средах белки могут сворачиваться более плотно, в то время как эта конструкция может препятствовать ферментативной активности в более холодных условиях, встраивая реактивный участок слишком глубоко в жесткий гидрофобный код. В целом, оптимальные варианты белка должны часто использовать остатки с аналогичными свойствами, такими как гидрофобность или размер, в данном положении. Гены не были бы подобны из-за общего происхождения, но из-за требований дизайна. Мутации впоследствии будут генерировать менее оптимальные варианты, которые все равно будут достаточно хороши.

Разумно спланированный генетический код принял бы это во внимание. Таким образом, в первом приближении сравнение выровненных генов и определение схем заменимости действительно даст полезную информацию о требованиях к аминокислотам и использовании альтернатив. Если в качестве набора данных использовать достаточное количество таксонов, живущих во многих средах, то мы сможем получить хорошее представление о количестве вариабельных гомологичных белков. Конечно, «шум», в виде случайных мутаций, также будет присутствовать. Знание других наложенных кодов, не отвечающих за кодирование белковых последовательностей, позволило бы еще лучше определить, насколько оптимальным на самом деле является стандартный код. Различные альтернативные коды должны удовлетворять многим требованиям проектирования, и оптимальный из них лучше всего подходит для всех требований, предъявляемых к нему.

Однако есть одно ключевое различие в рассуждениях. Мы предполагаем, что Бог знает, какими должны быть идеальные белковые последовательности, и, следовательно, какие з них нуждаются в защите от мутаций, и все остальные роли, которые должны играть нуклеотидные последовательности. У эволюциониста здесь есть проблема. Точная настройка сотен или тысяч генов одновременно с помощью естественного отбора для получения почти оптимального множества абсурдна. В то время как регулирование биохимических сетей и ферментов оптимизируется, правила в виде кода также будут меняться. Однако последний универсальный общий предок (Last Universal Common Ancestor, LUCA) предположительно уже имел тысячи генов64 и полный набор тРНК-синтетаз и тРНК7 около 2,5 миллиардов лет назад.65 На самом деле, другие линии рассуждения66 привели к убеждению, что генетический код почти так же стар, как и наша планета. Другими словами, у него практически не было времени для развития, и все же он близок к оптимальному перед лицом более чем 1,5 × 1084 альтернативных соглашений о кодировании 64 → 21.

Мы повсюду видим свидетельства существования клеточных механизмов, предназначенных для выявления и исправления ошибок. При половом размножении мы наблюдаем, что гены дублируются, что смягчает последствия многих вредных мутаций и тем самым помогает организмам сохранять морфологические функции. Многие эволюционисты теперь предполагают, что природа попыталась сохранить сложную функциональность от деградации. Все это означает, что достигнуто в высшей степени оптимальное состояние, которое природа пытается сохранить. Более совместимыми с эволюционной мыслью были бы предложения, которые поощряют «эволюционность» или адаптацию. Эволюция от простой к заданной сложности не достигается путем препятствования изменениям.

Резюме

Ключевым элементом эволюционной теории является то, что жизнь превратилась из простой в сложную. Но требование, чтобы минимальные компоненты генетического кода были одновременно на месте без разумного руководства, неотличимо от требования чуда. Никакие эмпирические данные не мотивировали поиск более простых или менее оптимальных примитивных генетических кодов. Как только исключается возможность Божественной деятельности как причинного фактора, у многих ученых возникает почти беспрекословная готовность принять абсурдные понятия. В конце концов, это должно было случиться!

Мы приходим к выводу, что никто не предложил работоспособную натуралистическую модель, которая показывает, как генетический код может эволюционировать из более простой версии в более сложную.


Автор: Роял Трумэн и Пэр Терборг

Дата публикации: август 2007

Источник: creation.com


Перевод: Недоступ А.

Редактор: Недоступ А.


Ссылки:

1. Трумэн, Р. и Терборг, П., Оптимизация генетического кода: часть 2, J. Creation 21 (3): 84-92, 2007. Вернуться к тексту.

2. Джадсон, О. П. и Хейдон, Д., Генетический код: для чего он хорош? Анализ влияния давления отбора на генетические коды, J. Mol. Evol. 49: 539-550, 1999. Вернуться к тексту.

3. Треворс, Дж. Т. и Абель, Д. Л., Случай и необходимость не объясняют происхождение жизни, Cell Biology International 28: 729-739, 2004. Вернуться к тексту.

4. Есть несколько незначительных вариантов, которые, как полагают, являются вырождениями универсального кода. См. Осава С., Эволюция генетического кода, Oxford University Press, Oxford, 1995. Вернуться к тексту.

5. Треворс и Абель, ссылка 3, стp. 729. Вернуться к тексту.

6. См. www.us.net/life/. сайт в своем разделе «Описание и цель приза» заявляет «Премия за происхождение жизни»  (далее именуемая «премия») будет присуждена за предложение весьма правдоподобного механизма спонтанного возникновения генетических ресурсов в природе, достаточных для возникновения жизни. Чтобы выиграть премию, объяснение должно быть согласовано с эмпирическими биохимическими, кинетическими и термодинамическими концепциями, как далее описано в настоящем документе, и быть опубликовано в уважаемом, рецензируемом научном журнале (журналах)».

«Единовременная премия будет выплачиваться победителю (-ям) в виде двадцатилетней ренты в надежде отбить у теоретиков охоту к немедленному прекращению продуктивной карьеры. Аннуитет состоит из $ 50 000 (США) в год в течение двадцати лет подряд, на общую сумму один миллион долларов». Вернитесь к тексту.

7. Найт, Р. Д., Фриланд, С. Ю. и Ландвебер, Л. Ф., Селекция, история и химия: три грани генетического кода, TIBS 24:241-247, 1999. Вернуться к тексту.

8. Воес, С. Р., Генетический код, Harper & Row, New York, 1967. Вернуться к тексту.

9. Пельк, С. Р. и and Вельтон, M. Г. E., Стереохимическая связь между кодирующими триплетами и аминокислотами, Nature 209: 868-872, 1966. Вернуться к тексту.

10. Даннилл, P., Триплетное нуклеотидно-аминокислотное спаривание: стереохимическая основа для разделения белков и непротеиновых аминокислот, Nature 210: 1267-1268, 1966. Вернуться к тексту.

11. Рут-Бернштайн, Р. С., Аминокислотное спаривание, J. Theor. Biol. 94: 885-904, 1982. Вернуться к тексту.

12. Хендри, Л. Б. и Уитмен Ф. Х., Стереохимическое распознавание в нуклеиновых кислотно-аминокислотных взаимодействиях и его последствия в биологическом кодировании: модельный подход, Perspect. Biol. Med. 22: 333-345, 1979. Вернуться к тексту.

13. Альберти, С., Эволюция генетического кода, синтез белка и репликация ядер кислот, MLS, Cell. Mol. Life Sci. 56: 85-93, 1999. Вернуться к тексту.

14. Седергрен, Р. и Мирамонтес, П., Загадочное происхождение генетического кода, Trends Biochem. Sci. 21: 199-200, 1996. Вернуться к тексту.

15. Фриланд С. Д., Ву, T. и Kульман, Н., Случай ошибки, минимизирующей стандартный генетический код, Origins of Life and Evolution of the Biosphere 33:457-477, 2003. Стр. 458: «Согласно этой модели, отбор действует независимо от предыдущих эволюционных сил, потенциально перезаписывая следы стереохимического происхождения и биосинтетически опосредованного расширения кода». Вернитесь к тексту.

16. Фриланд С. Д., Найт Р. Д., Ландвебер Л. Ф. и Херст Л. Д., Ранняя фиксация оптимального генетического кода, Mol. Biol. Evol. 17 (4): 511-518, 2000. Вернуться к тексту.

17. Трифонов Е. Н., Консенсусный временной порядок аминокислот и эволюция триплетного кода, Gene 261: 139-151, 2000. См. Обзор и ссылки на стр. 141. Вернуться к тексту.

18. Бергман, Д., Почему исследование Миллера-Юри утверждает против абиогенеза, J. Creation 18 (2): 74-84, 2002. Вернуться к тексту.

19. Миллер, С. Л., Производство аминокислот в возможных примитивных земных условиях, Science 117: 528-529, 1953. Вернуться к тексту.

20. Трумэн, Р. и Терборг, П., Почему общие мутации в псевдогене гоминид X GULO не являются доказательством общего происхождения, J. Creation 21(3):118-127 2007,. Вернуться к тексту.

21. Симпсон, С., Первые обжигающие шаги жизни, Science News 155 (2): 24-26, 1999; стр. 26.  Вернуться к тексту.

22. Флауерс, С., Научная Одиссея: 100 лет открытия, William Morrow and Company, New York, стр. 173, 1998. Вернуться к тексту.

23. Шапиро, Р., Происхождение; руководство скептиков по созданию жизни на Земле, Summit Books, New York, стp. 99, 1986. Вернуться к тексту.

24. Кэмпбелл, А. Н., Биология, Benjamin/Cummings, Redwood City, CA, 1993. Вернуться к тексту.

25. Альберти, ссылка 13, стр. 87. Вернуться к тексту.

26. Сарфати, Дж., Происхождение жизни: проблема хиральности, J. Creation 12(3): 263-266, 1998. Вернуться к тексту.

27. Джойс, Ф. Г. и Оргел Л. Э., Перспективы для понимания происхождения мира РНК; в: Гестеланд, Р. Ф., Чех, Т. Р. Аткинс, Дж. Ф. (Сост.), Мир РНК, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY; С. 49-78, 1999. Вернуться к тексту.

28. Сарфати, Дж., Гидротермальное происхождение жизни? J. Creation 13(2): 5-6, 1999. Вернуться к тексту.

29. Имаи, E., Хoндa, Х., Хaтoри, K., Брак, A. и Maцунo, K., Удлинение олигопептидов в моделируемой подводной гидротермальной системе, Science 283 (5403):831-833, 1999. Вернуться к тексту.

30. Tакстон, С. Б. Брэдли, Л. В. и Ольсен, Р. Л. Тайна происхождения жизни, Lewis and Stanley, Dallas, TX,  1992. См. Главу 4. Вернуться к тексту.

31. Трумэн, Р. и Хейзиг, М., Белковые семьи: шанс или дизайн? J.  Creation 15 (3): 115-127, 2001. Вернуться к тексту.

32. Трумэн, Р., Поиск иголок в стоге сена, J. Creation 20 (2): 90-99, 2006. Вернуться к тексту.

33. Альберти, ссылка 13, стp. 90. Вернуться к тексту.

34. Найт и др., ссылка 7, стр. 243. Вернуться к тексту.

35. Хартман, Х., Размышления о происхождении генетического кода, J. Mol. Evol. 40: 541-544, 1995. Вернуться к тексту.

36. Амирновин Р., Анализ метаболической теории происхождения генетического кода, J. Mol. Evol. 44: 473-476, 1997. Вернуться к тексту.

37. Воес, С. Р., Об эволюции генетического кода, Proc. Natl Acad. Sci. USA 54: 1546-1552, 1995. Вернуться к тексту.

38. Гольдберг, А. Л. и Виттес, Р. В., Генетический код: аспекты организации, Science 153: 420-424, 1966. Вернуться к тексту.

39. Воес, С. Р., Генетический код: молекулярные основы генетической экспрессии, Harper and Row, 1967. Вернуться к тексту.

40. Зонненборн, Т. М., Вырождение генетического кода: степени, природа и генетические последствия; в: Брайсон В., Фогель Х. Ю. (Сост.), Эволюционирующие гены и белки, Academic Press, New York, NY, 1965. Вернуться к тексту.

41. Арделл, Д. Х., О минимизации ошибок в последовательном происхождении стандартного генетического кода, J. Mol. Evol. 47: 1-13, 1998. Вернуться к тексту.

42. Эпштейн, К. J., Роль аминокислотного "кода" и отбора для конформации в эволюции белков, Nature 210:25-28, 1966. Вернуться к тексту.

43. Вольфенден, Р. В., Cullis, П. М. и Southgate С. С. Ф., Воды, фолдинг белков, и генетический код, Science 206:575-577, 1979. Вернуться к тексту.

44. Haig, D. and Hurst L. D., Количественная мера минимизации ошибок в генетическом коде, J. Mol. Evol. 33: 412-417, 1991. Вернуться к тексту.

45. Sneath, P. H. A., отношения между химической структурой и биологической активностью в пептидах, J. Theor. Biol 12: 157-195, 1966. Вернуться к тексту.

46. Арделл, ссылка 41, стр. Вернуться к тексту.

47. Арделл, ссылка 41, стр. Вернуться к тексту.

48. В переходных мутациях пиримидин замещается другим пиримидином, или пурин пурином (A ↔ G или C ↔ T). В перевала мутаций пиримидина можно заменить на пурин или наоборот (A ↔ C, G ↔ T, G ↔ C или A ↔ T). Здесь A, C, G и T представляют собой четыре возможных нуклеотида, используемых ДНК. Вернуться к тексту.

49. Фриланд, С. Д. и Херст, Л., Д., Генетический код один на миллион, J. Mol. Evol. 47: 238-248, 1998. Вернуться к тексту.

50. Tринквайер, Г. и Сейнжуанд И.-Х., Какое эффективное свойство аминокислот лучше всего сохраняется генетическим кодом? Protein Engineering 11 (3): 153-169, 1998. Вернуться к тексту.

51. Маэширо, Т. и Кимура М., Роль устойчивости и изменчивости в происхождении и эволюции генетических кодов, Proc. Natl Acad. Sci. США 95: 5088-5093, 1998. Вернуться к тексту.

52. Ситарамам, В., Генетический код преимущественно сохраняет долгосрочные взаимодействия между аминокислотами, FEBS Lett. 247: 46-50, 1989. Вернуться к тексту.

53. Дуфтон, М. Д., Избыточность генетического кода и эволюционная стабильность вторичной структуры белка, J. Theor. Biol. 116: 343-348, 1985. Вернуться к тексту.

54. Грожан Х. и Фирс В., Использование преференциальных кодонов в прокариотических генах: оптимальная энергия кодон-антикодонного взаимодействия и селективное использование кодонов в эффективно экспрессируемых генах, Gene 18:199-209, 1982. Вернуться к тексту.

55. Соренсен, M. A. и Педерсен, С. Абсолютные in vivo скорости трансляции отдельных кодонов в Escherichia coli — два кодона глутаминовой кислоты GAA и GAG переводятся с трехкратной разницей в скорости, J. Mol. Biol. 222:265-280, 1991. Вернуться к тексту.

56. Шарп, П. М., Стенико, М. Педен, Ж. Ф. и Лойд, А. Т., Использование кодона: мутационный уклон, поступательной отбор или оба? Biochem. Soc. Trans. 21: 835-841, 1993. Вернуться к тексту.

57. Кимчи-Сарфати, С. и др., «Молчаливый» полиморфизм в гене MDR1 изменяет субстратную специфичность, Science 315:525-528, 6 Jan. 2007; опубликовано на сайте Dec. 21 2006; www.sciencemag.org. вернитесь к тексту.

58. Фриланд и др., ссылка 16, стp. 515. Вернуться к тексту.

59. Oсавa, С. и Джукс, T. Х., Эволюция генетического кода под влиянием содержания антикодонов, Trends Genet. 4: 191-198, 1988. Вернуться к тексту.

60. Ярус, М. и Шульц, Д. В., К объяснению податливости в генетическом кодировании, J. Mol. Evol. 45: 1-8, 1997. Вернуться к тексту.

61. Трифонов Е. Н., Генетические последовательности как продукт сжатия путем инклюзивной суперпозиции многих кодов, Molecular Biology 31(4):647-654, 1997. Вернуться к тексту.

62. Е. Сегал, Фондюф-Миттендорф Ю., Чен Л., А. Taстром, Филд Ю., Мур, И. К. Ван, Д. П. и Уидом Д., Геномный код для позиционирования нуклеосом, Nature 442(7104):772-778 2006,. Вернуться к тексту.

63. Уэйд Н., Ученые говорят, что они нашли код за пределами генетики в ДНК, The New York Times, 25 июля. 2006 год. Вернуться к тексту.

64. Узунис, К. A., Kунин, В., Дарзентас, Н. и Голдовский Л., Минимальная оценка содержания генов последнего универсального общего предка: экзобиология с земной точки зрения, Res. Microbiol. 157: 57-68, 2006. Вернуться к тексту.

65. Гу, X., Возраст общего предка эукариот и прокариот: статистические выводы, Mol. Biol. Evol. 14 (8): 861-866, 1997. Вернуться к тексту.

66. Эйген, M., Линдеманн, Б. Ф., Tитцe, M., Винклер Oсватич, Р., Дресс, A. и Хеселер, A., Сколько лет генетическому коду? Статистическая геометрия тРНК дает ответ, Science 244: 673-679, 1989. Вернуться к тексту.


Написать коментарий