Для LUCA:
В твоей статье «Автотрофное термофильное происхождение жизни» фраза: «…существует очень крутой температурный, химический и электрохимический градиенты, которые могли стать движущей силой…» и в ней же цитата из Рассела: «…активную роль играют солнечная энергия, энергия гравитационных взаимодействий и энергия радиоактивного превращения элементов…» дают представление об источнике, но не объясняют механизм преобразований и формирования градиентов до процессов замены в абиотических комплексах на биологические компоненты. Это не вопрос, а заметки на полях.


22.04.2011г. 9:49:24

Сначала о том, как НЕПОСРЕДСТВЕННО используется энергия прокариотами.
В самом общем виде, все процессы, способные служить источником энергии для прокариот при хемосинтезе - это реакция вида А → Б + е (электрон).
Любые современные хемоавтотрофы используют энергию для синтеза органики, которая извлекается ими благодаря переносу электронов от восстановителей (например, молекулярного водорода) на акцептор электронов, например Fe(III)
Другими словами, нужен хороший восстановитель (двухвалентное железо, молекулярный водород) и нужен акцептор электронов (трёхвалентное железо, диоксид углерода).
Все окислительно-восстановительные превращения - по существу перемещения электронов.
Перенос электронов чаще всего сопряжён с переносом водорода. И здесь просматривается один важный момент - в биохимических процессах, перенос водорода по существу осуществляется путём РАЗДЕЛЬНОГО транспорта протонов и электронов.
Протоны выделяются в среду или поглощаются из неё в клетку (или в гипотетические архаичные компартменты), а электроны обязательно должны быть переданы на сооствествующие молекулы (акцепторы). Именно этот ключевой момент учитывается в схеме гипотетического сопряжения переноса электронов и протонов на рис. 5 данной статьи.

Поэтому говоря об источниках энергии необходимо разделить то, что используется опосредованно (солнечная и др.) и непосредственно (окислительно-восстановительный и кислотно-щелочной градиенты).

Протонный и окислительно-восстановительный градиент между минеральными мембранами позволяют непосредственно поглощать свободную энергии путём фиксации СО и СО2.
Для этого необходим перенос электронов на СО2 (восстановление до СО) и приток (молекулярного водорода, позволяющий связывать СО). Поскольку ключевыми в катализе такого рода реакций у современных хемоавтотрофов являются железо-серные и железо-никелевые-серные активные центры, то вполне уместен поиск минеральных аналогов этих центров и экспериментальное подтверждение таких возможностей (см. разбор экспериментов Хубера и Вехтерхойзера).
Если говорить о солнечной энергии, то уже писалось о:
1. фотолитическом окислении Fe(II) до Fe(III), то есть образование акцептора электронов (об этом указано в этой статье, а подробнее об этом в статье, которая пишется "Метаболизм и геохимические циклы). В рамках данной модели этот процесс совершенно необходим.

2. Фотовозбуждение ZnS, энергия которого даёт возможность запустить одну из двух критических реакций ВЦТК (Реликтовые составляющие современного метаболизма. С чего он мог начаться? и в Автотрофном происхождении жизни). Роль этого процесса совершенно непонятна, возможно он и не важен был.

3. Об абиогенном происхождении фотосистем только планирую написать (обзоры есть в статьях Рассела). Там тоже есть свои минеральные корни.

Если говорить о температурном градиенте, то он оказывается важным для протекания реакций, связанных с фиксацией углерода (при 100 градусах, см. опыты Хубера и Вехтерхойзера) с образованием тиоэфиров и тиолов. Тогда как реакции архаичного метаболизма (наподобие архаичного ВЦТК) требуют более низких температур.

Если говорить об энергии радиоактивного распада и гравитационных взаимодействиях, то здесь воздействие опосредованное - они важны в функционировании так называемой конвенкционной ячейки в верхних слоях океанической литосферы, важной для возникновения ключевых с точки зрения рассматриваемой модели щелочных гидротерм.
Здесь энергия действительно используется, но опосредованно. Подробности - в готовящейся статье "Метаболизм и геохимические циклы".

P.S.
Организмы так устроены, что у них нет энергетического бартера, а есть валюты (протонный градиент и АТР, который предположительно возник позднее).
Одна из современных универсальных энергетических валют - протонный градиент - это ОДНОВРЕМЕННО и окислительно-восстановительный, и кислотно-щелочной градиент (его просто складывают в виде химического и электрохимического потенциалов)


22.04.2011г. 13:14:13

Заметки на полях. Промежуточный итог. Существую источники (потоки) энергии с непонятным градиентом, это космическое (радиационное) излучение и гравитация. Преобразуясь в структуры вещества, они формируют вторичные источники, которые в результате взаимовлияния создают два потока, понятные градиенты: протонный и электронный, а те в свою очередь, сливаясь на разных этапах этого процесса, формируют биоту. Примерно такая схема.

22.04.2011г. 14:28:26

Верно, именно так. И этой биотой, были некие сети циклических реакций, в которых фиксация углерода (прежде всего) и возможно другие реакции энергетически "подкармливались" этими самыми протонным и электронным градиентами.

22.04.2011г. 14:56:48

Уместно вспомнить, что все источники энергии для фиксации углерода, которые используют хемоавтотрофы - неорганической природы: они окисляют серу, сульфиды, металлы, ионы аммония и нитриты - доступные источники, нередко абиогенной природы.
Метаболизм оказался "заточенным" под использование именно этих источников энергии для фиксации углерода, а не, скажем, брожения в "первичном бульоне".



24.04.2011г. 7:33:25

Натолкнулся, казалось бы, на обычные чисто сельскохозяйственные факты: увеличению растворимости почвенных минералов способствуют выделения корнями растений оксалата, малата, цитрата и сукцината. Таких статей можно встретить немало. Вот, например, http://www.plantphysiol.org/content/85/2/315.short.
Но обратите внимание! Это ведь интермедиаты цикла Кребса!
Если почитать геологические статьи, то выясняется, что именно эти молекулы способствуют растворению минералов и переводу их в виде настоящих или коллоидных растворов. Вот, например, http://www.essc.psu.edu/~brantley/publications/effectsof.pdf
Статей можно найти немало. Достаточно в поисковике набрать словосочетание "ligand controlled dissolution"
Получается, что предположение об исключительной древности (если не первичности) восстановительного цикла Кребса автоматически означает растворение переходных металлов лигандами (ligand controlled dissolution) было неизбежным процессом. Это привело, во-первых, к переводу в раствор целого ряда переходных металлов - никеля, меди, вольфрама, молибдена и др. (и железа в том числе). Во-вторых, эти новые координационные соединения - богатейший источник катализаторов (в катализе есть даже раздел, посвящённые координационному катализу).


06.05.2011г. 16:07:41

Если рассматривать растворимость и кристаллизацию с общей позиции, то любой из этих процессов, это, прежде всего, изменение структуры вещества, а значит и изменение его физических свойств (химических, биологических). В молекулярных комплексах, например: белках, вирусах, возможны локальные изменения структуры, что ведет к изменению функции в локальных узлах этих комплексов, и как следствие, изменение процессов метаболизма. Остается проблема по выяснения тех процессов, которые происходят внутри таких молекулярных комплексах и что вынуждает их заменять одни элементы на другие.

06.05.2011г. 15:58:43

Один из путей решения такого рода проблем, напрямую связанной с идеей растворения металлов лигандами - продуктами цикла Кребса. http://www.nanonewsnet.ru/news/2010/novaya-teoriya-proiskhozhdeniya-zhizni-metallo-ligandnye-kompleksy-samye-drevnie-katalizat

В ближайшее время добавлю в статью материал, посвящённый каталитическим возможностями железо-цитратных комплексов (они играют важную роль и в современных организмах). Подобно железо-серным кластерам, они могли быть компонентами катализаторов в архаичном метаболизме.

06.05.2011г. 16:13:06

В дополнение к моему предыдущему посту (сообщение № 8175), сошлюсь на две работы:
1. Гильберт Линг, «Физическая теория живой клетки. Незамеченная революция», http://www.bioparadigma.spb.ru/russianling/files/Ling-2008-Rus.Predislovia.Vvedenie.pdf,
2. Д. П. Харакоз, «О ВОЗМОЖНОЙ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ РОЛИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА «ЖИДКОЕ–ТВЕРДОЕ» В БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАНАХ» , http://www.inbi.ras.ru/ubkh/41/kharakoz.pdf., в которых демонстрируется локальное изменение структуры в молекулярных комплексах мембраны. Обращает на себя важность роли, которую такие изменения играют в процессах жизни.


10.05.2011г. 15:38:51

LUCA, огромное спасибо за очень интересные статьи, я сам очень интересуюсь ранними этапами эволюции жизни, а пообщаться по этому вопросу, обычно практически не с кем.

Теперь по поводу обсуждаемой статьи. Я полностью согласен, что ферредоксины являются одними из древнейших (если не самыми древними) белками. Это косвенно подтверждается, в частности, и существованием их очень коротких вариантов (менее 60-ти аминокислот), каталитический центр которых, в свою очередь, вообще состоит из дважды потворённого мотива длиной всего в пару десятков аминокислот. Согласен я и с тем, что самым древним из "доживших до нашего времени" является, по видимому, метаболический путь Вуда-Люнгдала.
Пара замечаний.
1. В опытах Вехтерхойзера и К по абиогенному синтезу ацетата из угарного газа и серводорода кроме железа, никеля и серы в качестве католизатора был добавлен ещё и селен, почему то об этом очень часто забывают, когда ссылаются на этот опыт.
2. Не так давно вышла статья французов, изучавших степень термофильности генов ЛУКА. У них двумя разными методами получилось, что ЛУКА был скорее мезофилом, или, в крайнем случае, умеренным термофилом, что, вроде, не очень вяжется с возможностью происхождения жизни в геотермальных источниках (в них, вроде, вообще любая более-менее сложная органика достаточно быстро гидролизируется).

Ещё у меня вопрос по поводу рис. 8. Мне не совсем понятен механизм использования энергии поглащённого акцептором электрна для поддержания тех этапов первых метаболических циклов, которые требуют использования свободной энергии. Имеется в виду, что эта энергия не трансформируется в АТФ, а сразу же "по месту" используется каталитическими центрами Fe-S для запитки энергией указанных реакций? Если да, то известны ли какие-нибудь аналоги этих реакций в современных клетках, либо какие-нибудь опыты, подтверждающие эту гипотетическую возможность?

Сейчас примусь за другие статьи!

21.08.2011г. 15:36:50