Очень хотел в самой статье написать своё предположение - откуда в клеточной стенке бактерий именно D-аминокислоты, но не решил, что надо ещё повнимательнее поизучать её биосинтез. Но пока суть предположения (не претендуя на истину в последней инстанции) всё-таки выдвину - в пептидогликане прокариотической клетки почему-то в основном глицин (ахирален) и Д-аланин. Откуда?
Возникло предположение, что на ранних стадиях некодируемого пептидного ситнтеза возникло нечто вроде процесса диспропорционирования. Аминокислоты L-изомеров использовались для пептидного синтеза, например, в предложенной модели [GADV]-аминокислот, а ОСТАВШИЕСЯ Д-аминокислоты из рацемической смеси - на синтез клеточной стенки.
В опытах, моделирующих абиогенный синтез аминокислот, наподобие опытов Миллера, синтезируются преимущественно глицин и аланин. Возможно именно этим и можно объяснить присутствие этих аминокислот в клеточной стенке бактерий. Процесс закрепился настолько рано, ещё до формирования синтеза аминокислот, что его оказалось проблематично потом изменить - использовать биосинтетически куда более удобные L-аминокислоты.
В этом собственно и суть моего предположения о возникновении клеточной стенки бактерий.
Их присутствие - реликт, след того времени, когда аланин не получался биосинтетически а расходовался как результат абиогенного синтеза. Нужно же было куда-то девать и второй оптический изомер? Время спонтанной рацемизации аланина - десятки, если не сотни лет. Это слишком много.



13.01.2012г. 11:17:05

автор: nan сообщение 9274

>>использовать биосинтетически куда более удобные L-аминокислоты а в чем именно их преимущество в условиях, когда только начала формироваться первые белки? В химическом отношении они равноценны и, возможно, по какой-то причине, м.б. даже случайного характера, в избытке начали оказываться левовращающие изомеры, а самые первые из правовращающих не оказывали летального воздействия на окружающее, поэтому до какого-то времени могли сосуществовать с L.

Совершенно верно, что в начальных условиях они полностью равноценны и здесь дело случая, какой пойдёт на формирование стенки, а какой - на выполнение катализа.
Я имел в виду другое. Что когда биосинтез аминокислот сформировался, то L-аминокислоты стало легче синтезировать, чем D, потому что в соверменных клетках они образуются как раз из L-аминокислот, то есть требуют больше стадий для своего производства. В этом и заключается подразумеваемый смысл словосочетания "биосинтетически куда более удобные L-аминокислоты". "Биосинтетически более удобные" для современных клеток. Не нужно произоводить дополнительные ферменты - рацемазы и расходовать дополнительные ресурсы. Но этого не произошло, хотя принципиально клеточная стенка на основе L-аминокислот возможна.

13.01.2012г. 11:28:43

автор: nan сообщение 9276

насколько это универсально?

Насколько я знаю - это универсально для всех эубактерий, у которых есть клеточная стенка. По крайней мере исключения мне неизвестны. И во всех встречаемых мной справочниках пишется именно так. .То есть клеточные стенки ВСЕХ бактерий, если они у них есть, ОБЯЗАТЕЛЬНО включают D-аминокислоты.

D-аминокислоты, в частности D-аланин, D-изоглутаминовая кислота и D-орнитин входят в состав пептидогликана (муреина), являющегося основой для построения клеточной стенки бактери. D-Аминокислоты (D-орнитин, D-аланин, D-2,4-диаминомасляная кислота) входят в состав и другого компонента клеточной стенки микроорганизмов – тейхоевых кислот. Этот факт даёт основание считать, что возможно D-аминокислоты уже были непременным атрибутом прокариот на самых ранних стадиях эволюции.
А производят их из L-аминокислот, что не очень оптимально.
В окружающей среде, как правило, Д-аминокислот или очень мало, или просто нет. А бактерии приходится их синтезировать.

13.01.2012г. 12:00:41

автор: nan сообщение 9278

В окружающей среде аминокислоты продуцируются в основном биологически, т.е. то, что их почти нет, мне кажется, - результат уже возникшего отбора. А если аминокислота возникает в природных химических реакциях, ну там удар молнии в водный раствор в какой-то луже или еще как-то, то - в виде рацемата ее изомеров 50:50. Т.е. это - вроде бы не довод в рассуждении о первопричинах.

nan, ещё раз повторю. Последовательность рассуждений
1. Получить в бактерии D-аминокислоту биосинтетически ДОРОЖЕ, чем L-аминокислоту. (вот незадача). По причинам, которые уже описал. Требуется СНАЧАЛА синтезировать L-аминокислоту, а потому из неё при помощи опять же синтезированных ферментов (дороже) превратить её в L-аминокислоту.
2. Потенциально мог бы существовать и более дешёвый способ образования клеточной стенки и тейхоевых кислот у бактерий - из ЗАВЕДОМО БОЛЕЕ ДЕШЁВОГО сырья - L-аминокислот. Но этого у бактерий не происходит. Все известные бактерии для построения клеточной стенки используют Д-аминокислоты (часто туда внедряют и L).
3. Используемые для построения клеточной стенки Д-аминокислоты (вот незадача) биосинтетически НАИБОЛЕЕ ПРОСТЫ. В то же время, если в качестве дополнения используются L-аминокислоты (лизин, например - существенно более сложная аминокислота), то (ВОТ НЕЗАДАЧА) именно L-формы используются, а не Д.
Итак, если используются D-формы, то наиболее простые - аланин, диаминомасляная кислота.
4. Один из ключевых компонентов клеточной стенки - ахиральная аминокислота глицин.
Почему-то в клеточной стенке, если и используются Д-аминокислоты, то только те, которые относительно легко воспроизводятся в опытах по моделированию абиогенного синтеза (аланин, диаминомасляная кислота, аспартат) и плюс самый распространённый в этих опытах глицин.
А если используется L-аминокислота, то часто как раз биосинтетически наиболее сложная (лизин, аргинин).

Итак, есть три неожиданных факта -
- Клетка для построения стенки зачем-то более дорогие Д-аминокислоты.
- Клетка не использует биосинтетически более сложные D-аминокислоты (которые можно также синтезировать в одну стадию из L-форм).
- клетка не использует биосинтетически более сложные аминокислоты в качестве Д-форм, например, нет Д-лизина.

Происхождение клеточной стенки бактерий довольно древнее, поскольку присуще всем группам бактерий.
Если предположить, что оно древнее сформированного биосинтеза - то факты укладываются в модель синтеза из абиогенно доступного источника.
Если предположить, что абиогенный источник давал рацемат, то возникает проблема диспропорционирования оптических изомеров, которая как раз и может решаться способом пространственно разделённой асимметричной полимеризации - одна (Д-формы) в клеточную стенку, другая (L-формы) - в потенциальные катализаторы.
Для построения клеточной стенки не нужен был столь тонкий аппарат кодирования полимеризации пептидогликана, тогда как для формирования каталитической активности такие требования являются очевидными.

Ситуация напоминает таковую с рибонуклеотидными кофакторами, в которых нуклеотидная часть НЕ ПРИНИМАЕТ участия в реакциях, но зачем-то существует как лишний хвост (а это - след рибонуклеинового метаболизма, от которого уже не избавиться, а несет дополнительную нагрузку). Можно сказать - родимое пятно.

Другими словами, есть факты - универсальность использования Д-аминокислот при построении клеточной стенки, явные биосинтетические особенности Д-и Л-форм.
Непонятка с использованием клетки явно лишней нагрузки. И есть модель, в которой эти факты логически связываются.


13.01.2012г. 17:22:54

автор: nan сообщение 9281

В противном случае ничто не мешает продолжать существовать сколь угодно абсурдной, с нашей точки зрения наблюдателей, реализацией. Можно, конечно, задаться целью понять, а почему именно вот так все пошло, но это напоминает попытки понять, а почему фишки в данном броске вот так разложились? Конечно, фишка развития многообразия видов уже выпала, и ее значение таково, что возникает желание проследить на каждом этапе, что и как повлияло на это. Но подходить тут стоит без задачи себе понять какую цель, какой выигрыш этот шаг продвинул. Его мог породить и вообще безвыигрышный с чей-то колокольни расклад обстоятельств, который и порождает дикое разнообразия реализаций и их взаимных существований. И где-то как-то вдруг это иногда начинает играть на пользу, давая преимущество.

Мне не совсем понятен смысл этого комментария в контексте обсуждаемого. Если СУЖАТЬ ТОЛЬКО ДО неких единичных случаях - это одно. Если 100 раз подряд выпадает решка - это совсем другое.
Если говорить о ЕДИНИЧНЫХ невыиграшных ситуациях - это одно. Если о заведомо ПОВСЕМЕСТНЫХ - это несколько иное.
Кроме того, речь идёт О СВЯЗИ совокупности разных фактов в виде модели.
Модель, объясняющая происхождение нуклеотидных кофакторов родилась уже довольно давно и ленивый в номральном университете не вспомнит о ней. Если кратко, то это звучит так:
В клеточном метаболизме есть универсальные кофакторы, которые почему-то имеют рибонуклеотидные хвосты и не дезосксирибонуклеотидные (вот незадача)
В качестве ряда кофакторов для современных ферментов выступают молекулы, содержащие рибонуклеотиды, а не дезоксирибонуклеотиы. В 1989 г., химик и специалист по молекулярной эволюции С.Беннер с коллегами рассмотрели современный молекулярный катализ как комплекс недавно возникших черт, наложенных на более древние свойства, останки предковой жизни [Benner S.A. 1989]. Свою работу они назвали "Современный метаболизм как палимпсест мира РНК". (Палимпсест означает то, что написано на месте прежнего текста). Древние процессы, доставшиеся современным организмам от РНК-мира, должны характеризоваться следующими признаками: 1) в процесс должна быть вовлечена РНК; 2) химические свойства РНК собственно не должны быть существенны для выполнения функции; 3) функция может выполняться и не содержащими РНК компонентами, причем более эффективно. Нуклеотидные кофакторы следует отнести к молекулярным ископаемым: эти вещества оказались «привязанными» к большому количеству ферментативных реакций, и поэтому не могут быть элиминированы естественным отбором.
Этим трём требованиям удовлетворяют некоторые кофакторы: никотинамиддинуклеотид (НАД+), S-аденозилметионин, кофермент А, флавин-адениннуклеотид (ФАД), АТФ и другие нуклеотидтрифосфаты. Эти кофакторы представлены во всех трех доменах жизни. Важно, что их РНК-овые составляющие не существенны для выполнения кофакторами своих функций [Benner S.A.et al. 1987]. Так, в качестве кофактора АТФ является донором фосфата для некоторых ферментов-киназ, но эту же функцию выполняет пирофосфат, не содержащий нуклеотидов. Донорами метильной группы являются как S-аденозилметионин, так и S,S-диметилтиоацетат. Скорее всего, у общего предка существовали процессы, в которых участвовали перечисленные кофакторы, а наличие именно РНКовой составляющей обусловлено именно тем, что РНКовый метаболизм был основным в мире РНК.

А представим себе ситуацию, что в клетке наряду с рибонуклеотидными кофакторами, существовали бы и дезоскирибонуклеотидные, причём такие же универсальные - это было бы ударом по модели.

То же самое можно сказать и в моей модели. Представим, что для синтеза пептидогликана использовались бы биосинтетически сложные аминокислоты - лизин, аргинин, метионин, гистидин. Это был бы смертельный удар по моей модели. Но вот незадача - такие опровержения не находятся.
Модель справедлива лишь при выполнении совокупности потенциально опровергаемых фактов - универсальность процесса синтеза, наличие допустимого и недопустимого набора Д-аминокислот. Возможность испльзовать лишь те Д-аминокислоты, которые относительно легко воспроизводятся в опытах по моделированию абиогенного синтеза.
Невозможность обратного.
Всё равно, что 100 раз решка.

Что было бы опровержением палеонтологической летописи в модели эволюции - останки человека в докембрийский отложениях.
Что стало бы опровержением моей модели - наличие Д-аминокислот - лизина, аргинина, тирозина, триптофана, гистидина, метионина и т.д в пептидогликановой стенке.

13.01.2012г. 17:56:24