Il corpo umano è composto per quasi il 70% da acqua. L'acqua è principalmente un solvente, nel mezzo del quale si svolgono tutti gli atti elementari della vita. Inoltre, l'acqua è un prodotto e un substrato del metabolismo energetico in una cellula vivente. In senso figurato, l'acqua è un'arena in cui si gioca l'azione della vita e partecipa alle principali trasformazioni biochimiche.

È noto che l'acqua è presente in tutte le parti del nostro corpo, anche se, ad esempio, è per l'85% nella corteccia cerebrale, per il 72% nella pelle e solo per il 3% nello smalto dei denti. Ciò indica che gli organi che lavorano più intensamente contengono più acqua.

Una parte dell'acqua nel corpo può legarsi più o meno saldamente con le sostanze in essa disciolte e con la superficie delle macromolecole del biopolimero utilizzando sia i legami idrogeno che le forze di interazione ione-dipolo. Ciò può portare a un notevole cambiamento nella configurazione, nelle dimensioni effettive e nel peso di alcune particelle che partecipano alla reazione e, in alcuni casi, a una modifica significativa delle loro proprietà. Ad esempio, si scopre che i canali del sodio delle cellule nervose, che hanno un diametro di circa 0,5 nm, sono praticamente inaccessibili per il passaggio degli ioni potassio attraverso di essi, sebbene il diametro dello ione K+ stesso sia 0,26 nm. Infatti lo ione K+ è idratato e, quindi, per calcolarne la dimensione effettiva, al diametro di K+ deve essere aggiunto il diametro di una molecola d'acqua di 0,28 nm. Di conseguenza, uno ione complesso + con un diametro di quasi 0,6 nm non può passare attraverso il canale del sodio, mentre uno ione idratato + con un diametro di circa 0,47 nm si diffonde liberamente attraverso questo canale.

Un altro esempio di cambiamento nella dimensione di un substrato biologico può essere una molecola di DNA. In particolare, è noto che per ogni nucleotide di una macromolecola esistono circa 50 molecole d'acqua associate al DNA. In totale, un film di DNA acquoso aumenta il diametro effettivo di una macromolecola di DNA cilindrica da 2 nm in uno stato anidro a 2,9 nm in una soluzione acquosa, il che è estremamente importante, ad esempio, quando si leggono informazioni da esso.

La struttura dell'acqua

L'acqua è una sostanza unica e tutte le sue proprietà anomale: alto punto di ebollizione, notevole capacità di dissoluzione e dissociazione, bassa conducibilità termica, alto calore di evaporazione e altre sono dovute alla struttura della sua molecola e alla struttura spaziale.

Una singola molecola d'acqua ha una qualità che si manifesta solo in presenza di altre molecole: la capacità di formare ponti di idrogeno tra gli atomi di ossigeno di due molecole adiacenti, in modo che l'atomo di idrogeno si trovi sul segmento che collega gli atomi di ossigeno. La capacità di formare tali ponti è dovuta alla presenza di una speciale interazione intermolecolare in cui l'atomo di idrogeno gioca un ruolo significativo. Questa interazione è chiamata legame idrogeno.

Ciascuna delle molecole d'acqua attaccate a una data è essa stessa in grado di attaccare altre molecole. Questo processo può essere chiamato "polimerizzazione". Se solo uno dei due possibili legami è coinvolto nell'aggiunta della molecola successiva e l'altra rimane vuota, la "polimerizzazione" porterà alla formazione di una catena a zigzag o di un anello chiuso. L'anello più piccolo, a quanto pare, può essere formato da quattro molecole, ma l'angolo di 90° rende i legami idrogeno estremamente stretti. Gli anelli a cinque maglie (angolo 108 °) dovrebbero essere praticamente non sollecitati e gli anelli a sei maglie (angolo 120 °), così come quelli a sette maglie, dovrebbero essere sollecitati.

Un esame delle strutture reali degli idrati mostra che, in effetti, l'anello a sei membri che si trova nelle strutture del ghiaccio è il più stabile. Gli anelli piatti sono un privilegio degli idrati di clatrato e in tutte le strutture conosciute si trovano più spesso anelli piatti a cinque membri di molecole d'acqua. Di norma, si alternano in tutte le strutture degli idrati di clatrato con anelli a sei membri, molto raramente con anelli a quattro membri e in un caso con un anello piatto a sette membri.

In generale, la struttura dell'acqua si presenta come una miscela di varie strutture idrate che possono formarsi in essa.

Nell'aspetto applicato, ad esempio, questo è importante per comprendere l'azione delle sostanze medicinali. Come mostrato da L. Pauling, la forma clatrata strutturata dell'acqua nelle formazioni intersinaptiche del cervello assicura, da un lato, la trasmissione degli impulsi da neurone a neurone e, dall'altro, quando una sostanza anestetica entra in queste aree , tale trasmissione è interrotta, cioè si osserva il fenomeno dell'anestesia. L'idratazione di alcune strutture cerebrali è una delle basi per l'attuazione dell'azione degli analgesici narcotici (morfina).

Il significato biologico dell'acqua

Acqua come solvente. L'acqua è un ottimo solvente per le sostanze polari. Questi includono composti ionici, come i sali, in cui le particelle cariche (ioni) si dissociano in acqua quando la sostanza viene disciolta, così come alcuni composti non ionici, come zuccheri e alcoli semplici, in cui gruppi carichi (polari) (- OH) sono presenti nella molecola. .

I risultati di numerosi studi sulla struttura delle soluzioni elettrolitiche indicano che nell'idratazione degli ioni in soluzioni acquose, il ruolo principale è svolto dall'idratazione a corto raggio: l'interazione degli ioni con le molecole d'acqua più vicine. Di grande interesse è la delucidazione delle caratteristiche individuali dell'idratazione a corto raggio di vari ioni, sia il grado di legame delle molecole d'acqua nei gusci di idratazione, sia il grado di distorsione in questi gusci della struttura tetraedrica simile al ghiaccio dell'acqua pura - i legami nella molecola cambiano di un angolo incompleto. L'angolo dipende dallo ione.

Quando una sostanza si dissolve, le sue molecole o ioni possono muoversi più liberamente e, di conseguenza, la sua reattività aumenta. Per questo motivo, la maggior parte delle reazioni chimiche nella cellula avviene in soluzioni acquose. Le sostanze non polari, come i lipidi, non si mescolano con l'acqua e quindi possono separare le soluzioni acquose in compartimenti separati, proprio come le separano le membrane. Le parti non polari delle molecole sono respinte dall'acqua e si attraggono in sua presenza, come accade, ad esempio, quando le goccioline di olio si fondono in gocce più grandi; in altre parole, le molecole non polari sono idrofobiche. Tali interazioni idrofobiche svolgono un ruolo importante nel garantire la stabilità delle membrane, così come molte molecole proteiche, acidi nucleici e altre strutture subcellulari.

Le proprietà di un solvente inerenti all'acqua significano anche che l'acqua funge da mezzo per il trasporto di varie sostanze. Svolge questo ruolo nel sangue, nel sistema linfatico ed escretore, nel tubo digerente e nel floema e xilema delle piante.

Grande capacità termica. La capacità termica specifica dell'acqua è la quantità di calore in joule necessaria per aumentare di 1 °C la temperatura di 1 kg di acqua. L'acqua ha una grande capacità termica (4.184 J / g). Ciò significa che un aumento significativo dell'energia termica provoca solo un aumento relativamente piccolo della sua temperatura. Questo fenomeno è spiegato dal fatto che una parte significativa di questa energia viene spesa per rompere i legami idrogeno che limitano la mobilità delle molecole d'acqua.

L'elevata capacità termica dell'acqua riduce al minimo gli sbalzi di temperatura che si verificano in essa. Per questo motivo, i processi biochimici procedono in un intervallo di temperatura più piccolo, a una velocità più costante, e il pericolo di interrompere questi processi a causa di forti deviazioni di temperatura non li minaccia così tanto. L'acqua funge da habitat per molte cellule e organismi, caratterizzato da una costanza delle condizioni piuttosto significativa.

Grande calore di vaporizzazione. Il calore latente di vaporizzazione è una misura della quantità di energia termica che deve essere impartita a un liquido per trasformarlo in vapore, cioè per vincere le forze di coesione molecolare nel liquido. L'evaporazione dell'acqua richiede quantità di energia piuttosto significative (2494 J/g). Ciò è dovuto all'esistenza di legami idrogeno tra le molecole d'acqua. È proprio per questo che il punto di ebollizione dell'acqua - una sostanza con molecole così piccole - è insolitamente alto.

L'energia necessaria per l'evaporazione delle molecole d'acqua viene prelevata dal loro ambiente. Pertanto, l'evaporazione è accompagnata dal raffreddamento. Questo fenomeno è utilizzato negli animali con sudorazione, con affanno da calore nei mammiferi, o in alcuni rettili (ad esempio nei coccodrilli), che siedono con la bocca aperta al sole; può anche svolgere un ruolo significativo nel raffreddamento delle foglie traspiranti.

Grande calore di fusione. Il calore latente di fusione è una misura dell'energia termica necessaria per fondere un solido (ghiaccio). L'acqua per la fusione (fusione) richiede una quantità di energia relativamente grande. È vero anche il contrario: quando gela, l'acqua deve sprigionare una grande quantità di energia termica. Ciò riduce la probabilità di congelamento del contenuto delle cellule e del fluido che le circonda. I cristalli di ghiaccio sono particolarmente dannosi per gli esseri viventi quando si formano all'interno delle cellule.

Densità e comportamento dell'acqua vicino al punto di congelamento. La densità dell'acqua (massima a +4°C) diminuisce da +4 a 0°C, quindi il ghiaccio è più leggero dell'acqua e non affonda nell'acqua. L'acqua è l'unica sostanza che ha una densità maggiore allo stato liquido rispetto allo stato solido, poiché la struttura del ghiaccio è più lasca della struttura dell'acqua liquida.

Poiché il ghiaccio galleggia nell'acqua, si forma quando si congela, prima sulla sua superficie e solo infine negli strati inferiori. Se il congelamento degli stagni procedesse nell'ordine inverso, dal basso verso l'alto, nelle aree con clima temperato o freddo, la vita nei bacini d'acqua dolce non potrebbe esistere affatto. Il fatto che gli strati d'acqua, la cui temperatura è scesa al di sotto dei 4 °C, si alzino, provoca il mescolamento dell'acqua in grandi serbatoi. Insieme all'acqua circolano anche i nutrienti in essa contenuti, grazie ai quali i serbatoi sono popolati da organismi viventi a grande profondità.

Dopo una serie di esperimenti, si è scoperto che l'acqua legata a una temperatura inferiore al punto di congelamento non passa nel reticolo cristallino del ghiaccio. Questo è energeticamente sfavorevole, poiché l'acqua è fortemente legata alle regioni idrofile delle molecole disciolte. Trova applicazione in criomedicina.

Elevata tensione superficiale e coesione. La coesione è l'adesione delle molecole di un corpo fisico l'una all'altra sotto l'influenza di forze attrattive. La tensione superficiale esiste sulla superficie di un liquido, il risultato di forze coesive interne che agiscono tra le molecole. A causa della tensione superficiale, il liquido tende ad assumere una forma tale che la sua superficie è minima (idealmente, la forma di una palla). Di tutti i liquidi, l'acqua ha la tensione superficiale più alta (7,6 10-4 N/m). La coesione significativa, caratteristica delle molecole d'acqua, svolge un ruolo importante nelle cellule viventi, così come nel movimento dell'acqua attraverso i vasi xilematici nelle piante. Molti piccoli organismi traggono vantaggio dalla tensione superficiale: consente loro di galleggiare o scivolare sulla superficie dell'acqua.

Acqua come reagente. Il significato biologico dell'acqua è determinato anche dal fatto che è uno dei metaboliti necessari, cioè partecipa alle reazioni metaboliche. L'acqua viene utilizzata, ad esempio, come fonte di idrogeno nel processo di fotosintesi e partecipa anche alle reazioni di idrolisi.

Caratteristiche dell'acqua di disgelo Già un leggero riscaldamento (fino a 50-60°C) porta alla denaturazione delle proteine ​​e interrompe il funzionamento dei sistemi viventi. Nel frattempo, il raffreddamento fino al completo congelamento e anche allo zero assoluto non porta alla denaturazione e non disturba la configurazione del sistema delle biomolecole, in modo che la funzione vitale sia preservata dopo lo scongelamento. Questa posizione è molto importante per la conservazione degli organi e dei tessuti destinati al trapianto. Come accennato in precedenza, l'acqua allo stato solido ha un ordine di molecole diverso rispetto allo stato liquido e, dopo il congelamento e lo scongelamento, acquisisce proprietà biologiche leggermente diverse, motivo per cui l'acqua di fusione viene utilizzata per scopi terapeutici. Dopo lo scongelamento, l'acqua ha una struttura più ordinata, con nuclei di clatrati di ghiaccio, che le consente di interagire con componenti e soluti biologici, ad esempio, a velocità diversa. Quando viene utilizzata acqua disciolta, piccoli centri di una struttura simile al ghiaccio entrano nel corpo, che in seguito può crescere e trasformare l'acqua in uno stato simile al ghiaccio e quindi produrre un effetto curativo.

Ruolo informativo dell'acqua

Quando le molecole d'acqua interagiscono con i componenti strutturali della cellula, non solo le strutture dei componenti a cinque, sei, ecc. descritte sopra possono essere formate, ma anche le formazioni tridimensionali possono formare forme dodecaedriche, che possono avere la capacità di formare catene strutture collegate da lati comuni pentagonali. Tali catene possono esistere anche sotto forma di spirali, il che rende possibile implementare il meccanismo di conduzione del protone lungo questo conduttore universale. Va anche tenuto conto dei dati di S. V. Zenin (1997) secondo cui le molecole d'acqua in tali formazioni possono interagire tra loro secondo il principio della complementarità di carica, cioè attraverso l'interazione di Coulomb a lungo raggio senza la formazione di legami idrogeno tra le facce degli elementi, che permette di considerare lo stato strutturato dell'acqua sotto forma di una matrice informativa iniziale. Tale struttura tridimensionale ha la capacità di riorientarsi, determinando il fenomeno della “memoria dell'acqua”, poiché l'effetto codificante delle sostanze introdotte o di altri fattori di disturbo si riflette nel nuovo stato. È noto che tali strutture esistono per un breve periodo, ma nel caso di ossigeno o radicali all'interno del dodecaedro, si verifica la stabilizzazione di tali strutture.

Nell'aspetto applicato, le possibilità della "memoria dell'acqua" e il trasferimento di informazioni attraverso l'acqua strutturata spiegano l'effetto dei rimedi omeopatici e gli effetti dell'agopuntura.

Come già accennato, tutte le sostanze, quando disciolte in acqua, formano gusci di idratazione e, quindi, ogni particella della sostanza disciolta corrisponde a una struttura specifica del guscio di idratazione. Agitare una tale soluzione porta al collasso delle microbolle con la dissociazione delle molecole d'acqua e la formazione di protoni che stabilizzano tale acqua, che acquisisce le proprietà radiative e di memoria inerenti a una sostanza disciolta. Con un'ulteriore diluizione di questa soluzione e agitazione, si formano catene sempre più lunghe - spirali, e in una diluizione di 12 centesimi, la sostanza stessa non è più lì, ma ne viene preservata la memoria. L'introduzione di quest'acqua nel corpo trasmette questa informazione ai componenti strutturati dell'acqua dei fluidi biologici, che viene trasmessa ai componenti strutturali delle cellule. Pertanto, il rimedio omeopatico agisce principalmente in modo informativo. L'aggiunta di alcol durante la preparazione di un rimedio omeopatico allunga la stabilità dell'acqua strutturata nel tempo.

È possibile che catene a forma di spirale di acqua strutturata siano possibili componenti del trasferimento di informazioni da punti biologicamente attivi (punti di agopuntura) ai componenti strutturali delle cellule di determinati organi.

Sadovnichaya LP et al. Chimica biofisica, K.: Scuola di Vishcha, 1986. - 271 p.
Gabuda S.P. Acqua legata. Fatti e ipotesi, Novosibirsk: Nauka, 1982. - 159 p.
Sab. Struttura e ruolo dell'acqua in un organismo vivente, L.: Ed. Università statale di Leningrado, 1966. - 208 p.
Byshevsky A. Sh., Tersenov O. A. Biochimica per un medico, Ekaterinburg: ed. "Lavoratore degli Urali", 1994. - 378 p.
Green N., Stout W., Taylor D. Biology, v. 1 .: Per. dall'inglese. — M.: Mir, 1993. — 368 pag.
Chang R. Chimica fisica con applicazioni ai sistemi biologici M.: Mir, 1980. - 662 p.
Zenin SV L'ambiente idrico come matrice informativa dei processi biologici. Nel libro. Abstract del 1° Simposio Internazionale, Pushchino, 1997, p. 12-13.
Smith S. Bioinformazione elettromagnetica e acqua. Bollettino di Medicina Biofisica, 1994 n. 1, p. 3-13.
Antonchenko V. Ya., Ilyin VV Problemi problematici della fisica dell'acqua e dell'omeopatia. Bollettino di Medicina Biofisica, 1992 n. 1, pp. 11-13.

L'acqua è la componente principale di tutta la vita sulla Terra. È sia l'habitat degli organismi che l'elemento principale nella loro struttura e, di conseguenza, la fonte della vita. È utilizzato in tutti i settori. Pertanto, è molto difficile immaginare la vita senza acqua.

Cosa è incluso nell'acqua

Tutti sanno bene che l'acqua è composta da idrogeno e ossigeno. È davvero. Ma oltre a questi due elementi, l'acqua nella sua composizione ha anche un vasto elenco di componenti chimici.

Di cosa è fatta l'acqua?

Tende a trasformarsi, mentre attraversa il ciclo idrologico: evaporazione, condensazione e precipitazione. Nel corso di questi fenomeni, l'acqua entra in contatto con molti composti di natura organica, con metalli, gas, a seguito dei quali il liquido viene integrato con vari elementi.

Gli elementi che compongono l'acqua si dividono in 6 categorie:

1. ioni. Questi includono: cationi Na, K, Mg, Ca, anioni: Cl, HCO 3 e SO 4. Questi componenti si trovano nell'acqua in quantità maggiore rispetto ad altri. Entrano nel liquido dagli strati del suolo, dai minerali naturali, dalle rocce e anche come elementi del decadimento dei prodotti dell'attività industriale.
2. Gas disciolti: ossigeno, azoto, idrogeno solforato, anidride carbonica e altri. La quantità di ciascun gas nell'acqua dipende direttamente dalla sua temperatura.
3. elementi biogenici. I principali sono il fosforo e l'azoto, che entrano nel liquido dalle precipitazioni, dalle acque reflue e dalle acque agricole.
4. Microelementi. Ce ne sono circa 30 tipi. I loro indicatori nella composizione dell'acqua sono molto piccoli e vanno da 0,1 a microgrammi per 1 litro. Questi includono: bromo, selenio, rame, zinco, ecc.
5. Sostanze organiche disciolte in acqua e sostanze contenenti azoto. Questi sono alcoli, carboidrati, aldeidi, fenoli, peptidi, ecc.
6. tossine. Si tratta principalmente di metalli pesanti e prodotti petroliferi raffinati.

molecola d'acqua

Quindi, da quali molecole è composta l'acqua?

La formula per l'acqua è banale: H 2 O. E mostra che la molecola d'acqua è composta da atomi di idrogeno e ossigeno. Tra di loro è stata stabilita una connessione stabile.

Che aspetto ha una molecola d'acqua nello spazio? Per determinare la forma di una molecola, i centri degli atomi sono collegati con linee rette, a seguito delle quali emerge una figura tridimensionale: un tetraedro. Questa è la struttura dell'acqua.

La forma di una molecola d'acqua può cambiare a seconda del suo stato di aggregazione. Per lo stato gassoso, l'angolo tra gli atomi di ossigeno e idrogeno è 104,27 o, per lo stato solido - 109,5 o, per il liquido - 105,03 o.

Quelle molecole che compongono l'acqua occupano un certo volume nello spazio, mentre i loro gusci sono ricoperti da una nuvola di elettroni a forma di velo. Il tipo di molecola d'acqua considerata nell'aereo viene confrontata con il cromosoma a forma di X, che serve a trasferire informazioni genetiche e, quindi, dà origine a una nuova vita. Da questa forma si ricava un'analogia tra il cromosoma e l'acqua come fonti di vita.

Nello spazio, una molecola appare come un triangolo tridimensionale, un tetraedro. Questa forma è molto stabile e cambia solo a causa dell'influenza di fattori fisici esterni sull'acqua.

Di cosa è fatta l'acqua? Di quegli atomi che sono soggetti all'influenza delle forze di van der Waals, la formazione di legami idrogeno. A questo proposito, si formano associazioni casuali e cluster tra l'ossigeno e l'idrogeno delle molecole vicine. Le prime sono strutture non ordinate, le seconde sono associati ordinati.

Nel normale stato dell'acqua, il numero di associati è del 60%, i cluster - 40%.

Possono formarsi ponti di idrogeno tra molecole d'acqua vicine, che contribuiscono alla formazione di varie strutture - ammassi.

I cluster sono in grado di interagire tra loro attraverso legami idrogeno, e questo porta alla comparsa di strutture di un nuovo ordine: gli esagoni.

La struttura elettronica della molecola d'acqua

Gli atomi sono ciò di cui è fatta l'acqua e ogni atomo ha la sua struttura elettronica. Quindi, la formula grafica dei livelli elettronici si presenta così: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4, 1 H 1s 1.

Quando si verifica il processo di formazione di una molecola d'acqua, le nuvole di elettroni si sovrappongono: due elettroni di ossigeno spaiati si sovrappongono con 1 elettrone di idrogeno spaiato. Come risultato della sovrapposizione, si forma un angolo tra gli atomi di 104°.

Stato aggregato dell'acqua

Come già accennato, le molecole d'acqua sono dipoli, e questo fatto colpisce quelle insolite.Una di queste proprietà è che l'acqua può essere presente in natura in tre stati di aggregazione: liquido, solido e vapore.

Il passaggio da uno stato all'altro è dovuto ai seguenti processi:

1. Bollente - da liquido a vapore.
2. Condensazione: la transizione del loro vapore in un liquido (precipitazione).
3. Cristallizzazione - quando un liquido si trasforma in ghiaccio.
4. La fusione è il processo di scioglimento del ghiaccio e ottenimento di liquido.
5. La sublimazione è la trasformazione del ghiaccio in uno stato di vapore.
6. La desublimazione è la reazione inversa della sublimazione, cioè il passaggio del vapore al ghiaccio.

La struttura del suo reticolo molecolare dipende anche dallo stato dell'acqua.

Conclusione

Quindi, possiamo dire che l'acqua ha una struttura semplice, che può cambiare a seconda del suo stato. E ci è diventato chiaro in cosa consiste l'acqua delle molecole.

Struttura e proprietà delle membrane biologiche

membrane biologiche chiamato le strutture funzionali delle cellule, il cui spessore è di diversi strati molecolari, limitando il citoplasma e la maggior parte delle strutture intracellulari. Formano un'unica struttura intracellulare di canali, pieghe e cavità chiuse. Lo spessore delle membrane biologiche raramente supera i 10,0 nm, ma a causa del denso impacchettamento dei principali componenti molecolari (proteine ​​e lipidi) in esse contenuti, nonché dell'ampia superficie totale delle membrane cellulari, di solito costituiscono più della metà la massa delle cellule secche.

Le membrane biologiche sono costituite principalmente da proteine, lipidi e carboidrati. Proteine ​​e lipidi costituiscono la maggior parte della massa secca delle membrane. La proporzione di carboidrati è del 10-15%, e sono associati a molecole proteiche (glicoproteine) oa molecole lipidiche (glicolipidi). Nelle membrane di varia origine il contenuto di lipidi è del 25-75% in peso rispetto alla proteina.

La composizione delle biomembrane comprende lipidi appartenenti a tre classi principali: glicerofosfatidi (fosfolipidi), sfingo- e glicolipidi. Raramente, gli steroidi sono inclusi nelle membrane.

Lipidi di membrana hanno una testa polare (carica) relativamente piccola e lunghe catene di idrocarburi non caricate (non polari). Le teste polari dei glicerofosfiti sono la fosfatidilcolina, la fosfatidiletanolamina e la sfingomielina. Portano cariche positive e negative e sono elettricamente neutri a pH neutro. Gli acidi grassi, che fanno parte dei lipidi, contengono 12-22 atomi di carbonio. Le catene di idrocarburi possono essere completamente sature o contenere 1-6 doppi legami. Nei fosfolipidi naturali, gli acidi grassi con legami insaturi si trovano solitamente nella seconda posizione del residuo di glicerolo.

Composizione proteica anche le membrane sono diverse. La maggior parte delle membrane contiene una varietà di proteine, il cui peso molecolare varia da 10.000 a 240.000. A seconda del grado di idrofobicità dei residui di amminoacidi, le proteine ​​sono parzialmente o completamente immerse nello strato lipidico delle membrane o lo penetrano attraverso. Debolmente legato alla membrana periferica proteine ​​che sono tenute insieme da deboli interazioni elettrostatiche. Vengono chiamate proteine ​​che sono fortemente associate ai lipidi di membrana e sono profondamente incorporate in essi integrante . Costituiscono la maggior parte delle proteine ​​di membrana. Funzionalmente, le proteine ​​di membrana sono divise in gruppi: enzimatico, di trasporto e di regolazione . Vengono anche isolate proteine ​​strutturali, che svolgono funzioni di costruzione del supporto.

Un importante componente strutturale delle membrane è acqua. L'acqua che fa parte delle membrane è suddivisa in gruppi: acqua legata, libera e intrappolata . Ha la minor mobilità legato acqua presente come singole molecole nella zona idrocarburica delle membrane. La parte principale dell'acqua legata è l'acqua dei gusci di idratazione delle macromolecole. I gusci di idratazione si formano principalmente attorno alle parti polari delle molecole lipidiche e proteiche. I gusci di idratazione dei principali lipidi che formano la struttura di solito sono costituiti da 10-12 molecole d'acqua. Quest'acqua è osmoticamente inattiva e incapace di dissolvere alcuna sostanza.

A volte, nella composizione dell'acqua legata, sono isolati debolmente accoppiato acqua. L'acqua debolmente legata, in termini di mobilità e alcune altre proprietà, occupa una posizione intermedia tra l'acqua dei gusci di idratazione e l'acqua priva di liquidi.

gratuito l'acqua entra nelle membrane come una fase indipendente e ha mobilità, come nell'acqua liquida.

Catturato l'acqua si trova nella parte centrale delle membrane tra i doppi strati lipidici. In termini di parametri di mobilità, corrisponde all'acqua liquida libera, ma si scambia lentamente con l'ambiente esterno a causa della separazione fisica.

Funzioni delle biomembrane:

1. Barriera- fornisce uno scambio selettivo, regolato, passivo e attivo della materia con l'ambiente.

2.Matrice- fornisce una certa disposizione e orientamento reciproci delle proteine ​​​​di membrana, la loro interazione ottimale.

3. Meccanico- fornisce forza e autonomia alla cellula, alle strutture intracellulari.

4.Energia– sintesi di ATP sulle membrane interne dei mitocondri e fotosintesi nelle membrane dei cloroplasti.

ANALISI DELLE FASI DELL'EVOLUZIONE DELLE BIOSTRUTTURE (BS) A STRUTTURE IN GRADO DI SPIEGARE LA MAGGIOR PARTE DEI MISTERI DELLA GENERAZIONE DEI CODICI GENETICI. PARTE 1.

Telepneva Ludmila Georgievna

Annotazione:

Viene considerata la prima fase della creazione di una struttura biologica (BS), che ha influenzato la creazione di codici genetici. Vengono date le caratteristiche delle sue due subunità identiche e degli additivi biologici (BD), si rivela l'estrema importanza dei valori di densità delle biosubunità BS e dei loro BD nel mondo della fauna selvatica.

Si consideri la prima fase della struttura biologica (BS), che ha influenzato la creazione dei codici genetici. Le caratteristiche delle sue due subunità identiche e degli additivi biologici (DB), hanno rivelato valori di densità di estrema importanza biosubedinits BS e database nel mondo della fauna selvatica

Parole chiave:

proprietà; codice genetico; struttura biologica; aminoacidi; codoni; nucleotidi; nucleoproteine; lipoproteine; proteine; enzimi; elementi chimici; Sahara; influenza; densità; densità di nuoto.

proprietà; il codice genetico; la struttura biologica; aminoacidi; codoni; proteine; nucleotidi; nucleoproteine; lipoproteine; enzimi; sostanze chimiche; zucchero; densità di nuoto; influenza, densità.

Introduzione.

In termini storici, la questione dell'evoluzione dei geni è la più importante, poiché l'evoluzione dei geni è associata alle origini della vita in generale e al suo miglioramento in particolare. Dato che è stato identificato il ruolo iniziale dell'RNA nell'origine della vita, si presume che l'inizio dell'evoluzione genica risalga a 3,5-4 miliardi di anni fa, quando si formarono le prime molecole di RNA che in qualche modo determinarono la sintesi delle proteine, ad es. furono i primi custodi dell'informazione genetica. Tuttavia, quando è emersa la necessità di aumentare l'efficienza della sintesi proteica, la capacità di codificare l'informazione genetica è passata al DNA, che è diventato il principale custode dell'informazione genetica. Quanto all'RNA, si è trovato tra DNA e proteine, diventando il "trasportatore" dell'informazione. Naturalmente, questa ipotesi non ha prove. Tuttavia, molti ritengono inoltre che l'emergere del DNA sia associato alla complessità della struttura delle cellule e, quindi, alla necessità di codificare una grande quantità di informazioni rispetto all'RNA. .

A questo proposito, è estremamente importante determinare la prima biostruttura (BS) del mondo, che non solo formerebbe l'intero mondo di RNA, ma potrebbe anche spiegare logicamente perché è diventato necessario coinvolgere il quinto bioelemento nella BS, il ruolo di che si adattava perfettamente a un altro derivato pirimidinico, la timina (T). E per questo è estremamente importante analizzare le fasi della formazione evolutiva della BS, che ha completato completamente la creazione di un codice genetico universale.

1. Biostrutture (BS) costituite da due subunità identiche e un bioadditivo (BD) e loro caratteristiche

A causa del movimento browniano costante e casuale delle molecole d'acqua, due biomolecole (BM) identiche sotto tutti gli aspetti possono non solo incontrarsi, ma anche unirsi (aggregarsi) in una - una biostruttura a due subunità (BS) - la prima di un lungo percorso evolutivo percorso di varie BS.

Allo stesso tempo, notiamo che due biosubunità identiche si combinano in BS a causa della loro anfipaticità, cioè la presenza di due gruppi di qualità diversa nella composizione di queste subunità: idrofobica, che evita il contatto con le molecole d'acqua, e idrofila. I dati del gruppo di sottounità nella Figura 1 sono colorati in ciano e blu.

Riso. 1. Prime biostrutture evolutive (BS), costituite da due subunità identiche e un "bioadditivo" (BD), mostrate in questa figura come un cilindro allungato

Come risultato di questa interazione di due subunità BS, si formano due biobay (BB) posizionati simmetricamente. Sorgono come risultato del contatto tra i costituenti di queste due subunità di una data BS.

Grazie allo stesso movimento browniano costante e casuale delle molecole d'acqua, questi BB non solo potevano entrare, ma anche per qualche tempo indugiare in una sorta di "bioadditivi" (BD) di questi BS - vari elementi chimici, che in seguito ricevettero il nome di bioelementi e altre biomolecole (BM), sezione trasversale più piccola e densità diversa rispetto alle subunità che hanno creato la BS.

Ma perché il database necessitava di BS diversi? Il fatto è che ciascuna delle molecole lipidiche era individualmente circondata da molecole d'acqua e quando queste subunità BS sono state combinate insieme, il numero di tali molecole d'acqua è diminuito. Di conseguenza, anche la protezione termica delle subunità BS è diminuita. Per ripristinarne il valore era auspicabile utilizzare altre sostanze organiche con punti di fusione (Tm.) più elevati, ed anche utilizzare elementi chimici come DB, aventi talvolta valori di Tm. più elevati rispetto a quelli delle subunità lipidiche.

Infatti, Tpl. la glicina è 290°C, il calore specifico di vaporizzazione è -528,6 J/kg e per il sodio è 97,8°C e 97,9 kJ/mol. Il calcio ha le stesse caratteristiche: 837,85 ° C e 153,6 kJ / mol, per l'acqua il calore specifico di evaporazione a 30 ° C è 2430 kJ / mol.

Poiché sia ​​le biomolecole che gli elementi chimici e loro composti possono fungere da BD BS, ricordiamo che le sostanze con reticoli cristallini ionici (ossidi, idrossidi, silicati, solfati, fosfati, argille, vetri, ecc.), nonché le sostanze di natura organica con il seguenti gruppi polari: -OH, -COOH, -NO 2 e altri. Inoltre, hanno tutti valori di densità diversi.

A questo proposito, notiamo che l'aumento della densità dello strato d'acqua è spiegato o da una differenza significativa delle sue caratteristiche di temperatura rispetto all'acqua circostante (cioè dal termoclino), o dalla sua maggiore salinità.

Quindi, l'acqua di mare con una salinità del 35% ad una temperatura di 25°C ha una densità di 1,02412 g/cm 3, mentre l'acqua pura ha una densità di 0,9971 g/cm 3. Queste acque hanno anche diversi punti di congelamento: 0,00°C - per acqua pura e -1,91°C per acqua di mare a parità di salinità.

A causa dell'aumento della salinità, la densità dell'acqua aumenta dall'equatore ai tropici e, in conseguenza di una diminuzione della temperatura, dalle latitudini temperate ai circoli polare artici. In inverno, le acque polari affondano e si spostano negli strati inferiori verso l'equatore, quindi le acque profonde dell'Oceano Mondiale sono generalmente fredde, ma arricchite di ossigeno.

Sotto l'influenza della gravità, sotto l'influenza del vento, dell'attrazione della Luna e del Sole e di altri fattori, l'acqua si muove. Durante lo spostamento, l'acqua viene miscelata, il che consente una distribuzione uniforme di acque con diversi indicatori di salinità, composizione chimica e temperatura.

Di conseguenza, se gli amminoacidi hanno agito come tali database, diventa immediatamente chiaro che la loro selezione primaria e più rigorosa è stata effettuata utilizzando solo due subunità della BS primaria.

In questo caso, anche queste prime BS, costituite da due nucleotidi interagenti, potrebbero inconsapevolmente iniziare la selezione di amminoacidi per il loro futuro utilizzo nella costruzione di proteine, e questa circostanza ha poi influito direttamente sul ruolo dei primi due nucleotidi nei tre codone nucleotidico.

Allo stesso tempo, la simmetria della posizione di due BB nella prima BS divideva involontariamente il loro DB in due grandi gruppi e l'uso di amminoacidi come tale DB stabiliva anche proprietà del codice genetico come la simmetria del codone e la loro complementarità.

A questo proposito, notiamo che è stata la presenza di due BB contemporaneamente a contribuire inevitabilmente alla divisione degli amminoacidi selezionati da BS in due grandi gruppi. Questa circostanza, a sua volta, ha portato alla presenza di due classi di aminoacil-tRNA sintetasi (APCase, aaRS, aa-tRNA sintetasi, enzima EC 6.1.1) - gli enzimi più importanti della fase extraribosomale della sintesi proteica, che svolgono il implementazione dell'informazione genetica e per un totale di 20 unità.

Ogni ARSasi è specifica solo per uno dei 20 aminoacidi presenti nelle proteine ​​e uno o più tRNA.

La prima classe di APCases comprende enzimi che catalizzano la sintesi di aminoacil-tRNA dei seguenti amminoacidi: arginina (Arg, Arg, R, C6H14N4O2, 1.1 g/cm³), valina (Val, Val, V, C5H11NO2, 1.230 g/ cm³), glutammina (Gln, Gln, Q, C5H10N2O3), glicina (Gly, G, Gly, C2H5NO2, 1.607 g/cm³), isoleucina (Ile, Ile, I, C6H13O2N), leucina (Leu, Leu, L, C6H13N1O2 , 1.191 g/cm³ ), metionina (Met, Met, M, C5H11NO2S, 1.340 g/cm³), tirosina (Tyr, Tyr, Y, C9H11NO3, 1.456 g/cm³), triptofano (Three, Trp, W, C11H12N2O2), cisteina (Cys, Cys, C, C3H7NO2S).

La seconda classe di APCases comprende enzimi che catalizzano la sintesi di aminoacil-tRNA dei seguenti amminoacidi: alanina (Ala, Ala, A, C3H7NO2, 1.424 g/cm3), asparagina Asn, Asn, N C4H8N2O3, 1.346 g/cm3) , acido aspartico (Asp, Asp , D, C4H7NO4, 1,67 g/cm³), istidina (His, His, H, C6H9N3O2), glicina (Gly, G, Gly, C2H5NO2, 1,607 g/cm³), lisina (Lys, Lys , K, C6H14N2O2), prolina (Pro, Pro, P, C5H9NO2, 1.186 g/cm³), serina (Ser, Ser, S, C3H7N1O3, 1.537 g/cm³), treonina (Tre, Thr, T, C4H9NO3), fenilalanina (Phen, Phe, F, C9H11NO2, 1,29 g/cm³) .

Inoltre, si è scoperto che le ARSasi di 1a classe assicurano il trasferimento del gruppo amminoacilico prima al secondo gruppo 2"-OH del residuo terminale dell'acido adenilico, quindi il suo movimento al gruppo 3"-OH (mediante la reazione di transesterificazione ), mentre gli enzimi di 2a classe catalizzano il trasferimento del gruppo amminoacilico direttamente al gruppo 3"-OH del nucleotide adenilico terminale.

In questo caso, è probabile che nella prima fase della creazione dei ribosomi, le loro due metà fossero quasi identiche, così come i due domini adiacenti in varie proteine ​​di dominio, le cui catene sono utilizzate negli enzimi moderni e nelle proteine ​​recettoriali.

A questo proposito, ricordiamo che un dominio proteico è un globulo compatto che può esistere da solo o far parte di una proteina più grande insieme ad altri domini.

Tuttavia, non solo i generatori di due domini potrebbero formare BB. Evolutiva in precedenza, la BP potrebbe essere formata sotto forma di curve anche di una piccola catena proteica (ad esempio un tripeptide). E per creare curve così strette, l'amminoacido prolina, che ha 4 codoni-sinonimi (codoni della stessa serie): CCU, CCC, CCA, CCG, sintetizzato nel corpo dall'acido glutammico, era la soluzione migliore.

Nella composizione delle proteine, l'atomo di azoto della prolina non è legato a un atomo di idrogeno; pertanto, il gruppo peptidico X-Pro non può essere un donatore di idrogeno durante la formazione di un legame idrogeno. Di conseguenza, nei siti di localizzazione della prolina, che ha una struttura conformazionalmente rigida, sorgono legami peptidici incompleti e la catena polipeptidica forma curve e zigzag.

Questa proprietà della prolina è stata molto utile nella progettazione di proteine ​​recettoriali, che di solito hanno diversi domini, poiché questo amminoacido svolge un ruolo importante nella formazione della struttura terziaria della proteina. Pertanto, le regioni di proteine ​​con un alto contenuto di prolina spesso formano la struttura secondaria dell'elica di poliprolina di tipo II.

Nelle cellule cerebrali, il glutammato, il neurotrasmettitore più importante, è sintetizzato dalla prolina. La L-prolina si trova in tutte le proteine ​​naturali. Le proteine ​​vegetali ne sono particolarmente ricche: prolamine, proteine ​​del tessuto connettivo (10-15% di collagene), β-caseina. L-Pro fa parte dell'insulina, dell'ormone adrenocorticotropo, della gramicidina C e di altri peptidi biologicamente importanti. Di passaggio, notiamo che la D-prolina fa parte di alcuni alcaloidi.

Senza questo aminoacido, la riparazione dei tessuti sarebbe impossibile, poiché la prolina deidrogenasi è un importante enzima coinvolto nell'apoptosi (morte cellulare naturale), contribuendo così in gran parte al rinnovamento delle cellule dei tessuti e degli organi.

Poiché non solo gli amminoacidi, ma anche le sostanze chimiche selezionate dai loro BB possono fungere da DB di BS a due subunità, i seguenti fatti sono di estremo e indubbio interesse, indicando un effetto diretto e complesso di alcuni tipi di BD su altri tipi di BD nella stessa BS.

Questa circostanza, a sua volta, ha portato alla comparsa di attivatori (aumentando la velocità della reazione catalitica) e inibitori nella catalizzazione della BS.

La conferma involontaria di questa conclusione sono i seguenti fatti.

Negli ultimi anni, è diventato noto che la prolina viene sintetizzata attivamente nella fase finale della maturazione dell'uva. Inoltre, è stato riscontrato un aumento del contenuto di prolina nelle uve coltivate con una mancanza di boro e manganese nel terreno e un contenuto ridotto, con una carenza di zinco e molibdeno.

È anche noto che la prolina deidrogenasi consente di creare superossido (superossido) - particelle di ossigeno attive e ricche di elettroni. Il superossido, a sua volta, è coinvolto nel processo di distruzione delle cellule danneggiate e svolge un ruolo importante nella prevenzione dello sviluppo e della diffusione di tumori cancerosi.

In particolare, la prolina deidrogenasi trasferisce normalmente gli elettroni alla membrana mitocondriale, impedendo loro di essere esposti all'ossigeno per creare molecole di superossido reattive.

Di passaggio, notiamo che il mitocondrio è un organello granulare o filamentoso a due membrane con uno spessore di circa 0,5 micron. I mitocondri, caratteristici della maggior parte delle cellule eucariotiche, sia autotrofi (piante fotosintetiche) che eterotrofi (funghi, animali), sono assenti nei batteri.

Se il lavoro dei mitocondri è disturbato nella cellula, passano a un altro modo per ottenere energia: la glicolisi. In questo caso si forma acido lattico, che distrugge la matrice di collagene che collega le cellule tra loro. Di conseguenza, alcune di queste cellule sono in grado di lasciare il loro posto e muoversi nel corpo, formare tumori in altre parti del corpo - metastasi.

I fatti di cui sopra hanno mostrato chiaramente l'importanza del ruolo degli amminoacidi come BD BS e la loro complessa relazione con un altro tipo di BD - bioelementi.

Ma non meno importante è l'influenza delle proprietà delle subunità BS su BD. A questo proposito, prestiamo attenzione al fatto che qualsiasi DB che è entrato nel BB, a causa della resistenza dell'ambiente esterno e della sua inerzia, spostando il BS in avanti, fa sempre più affidamento sulla seconda subunità (dal suo inizio) che sul primo. Come risultato di tale interazione con esso e le proprietà di questo database dipenderanno da questa (seconda) subunità BS in modo molto più significativo rispetto alla sua altra subunità.

Questa circostanza ha portato al fatto che i due gruppi di amminoacidi sopra descritti, a loro volta, dovevano essere divisi in sottogruppi, di numero più piccolo.

Infatti, secondo i fatti accertati del codice genetico, tutti i codoni con citosina (C) in seconda posizione codificano aminoacidi (Ser, Pro, Thr e Ala), di piccole dimensioni, e tutti i codoni con uracile (U) in la seconda posizione codifica per amminoacidi di dimensioni diverse (ma non estreme) con una catena laterale idrofobica (non polare) - Phe, Leu, Ile, Met e Val.

Se escludiamo i codoni di terminazione, allora la presenza di adenina (A) in seconda posizione determina la catena laterale polare o carica degli amminoacidi (Tr, His, Gln, Asp, Lus, Asp e Glu), di notevoli dimensioni.

Quindi i seguenti “bioadditivi” potrebbero interagire con la guanina (G) nella seconda posizione di tali BS: l'amminoacido più reattivo (Cys), il più grande e piatto (Trp), il più grande e goffo (Arg), il più piccolo ( Gly), parte dell'unica serie disconnessa (Ser) e ambigua sciocchezza terminale (UGA), che in alcuni casi codifica per il 21° amminoacido - selenocisteina (Sec).

Allo stesso tempo, a volte, potrebbe cambiare anche il valore totale dell'addebito di tale nuovo BS.

Questa proprietà della BS era dovuta al fatto che le teste delle molecole lipidiche sono sempre caricate negativamente o neutre. E poiché i BB formano due di queste molecole, diventa chiaro perché gli ioni metallici con una carica di +2e sono stati selezionati in primo luogo come elementi chimici biogenici.

Di passaggio, notiamo che in condizioni fisiologiche, la carica negativa dei nucleotidi è maggiore del numero di residui di fosfato nella molecola. A causa di questa circostanza, la struttura terziaria dell'RNA è stabilizzata da ioni metallici bivalenti, come gli ioni Mg2+, che si legano non solo ai gruppi fosfato, ma anche alle basi.

Prestiamo inoltre particolare attenzione al fatto che tale BS era dotato di nuove proprietà aggiuntive, prima di tutto una maggiore sensibilità ai cambiamenti nell'ambiente esterno rispetto a se non avesse un DB. E qui solo gli amminoacidi, e non gli elementi biochimici, potrebbero giocare il primo ruolo, poiché tutti gli amminoacidi sono composti anfoteri in grado di esibire sia proprietà acide dovute alla presenza di un gruppo carbossilico -COOH nelle loro molecole, sia proprietà di base dovute alla gruppo amminico - NH2.

È noto che a valori di pH neutri, tutti i gruppi funzionali di amminoacidi acidi (capaci di cedere H+) e basici (capaci di legare H+) sono in uno stato dissociato. Pertanto, in un ambiente neutro, gli amminoacidi contenenti un radicale non dissociante hanno una carica totale zero.

Gli amminoacidi contenenti gruppi funzionali acidi hanno una carica negativa totale e gli amminoacidi contenenti gruppi funzionali basici hanno una carica positiva.

Una variazione del pH verso il lato acido (cioè un aumento della concentrazione di H+ nel mezzo) porta alla soppressione della dissociazione dei gruppi acidi.

In un ambiente fortemente acido, tutti gli amminoacidi acquisiscono una carica positiva. Al contrario, un aumento della concentrazione dei gruppi OH- provoca l'eliminazione di H+ dai principali gruppi funzionali, che porta ad una diminuzione della carica positiva.

In un ambiente fortemente alcalino, tutti gli amminoacidi hanno una carica netta negativa. Pertanto, in un ambiente acido, gli amminoacidi esistono come cationi e in un ambiente alcalino come anioni.

Le circostanze sopra descritte hanno influenzato direttamente l'inclusione degli amminoacidi nella BS, poiché differiscono notevolmente nella struttura, nelle dimensioni e nelle proprietà fisico-chimiche dei loro radicali. Quindi, in base alla struttura chimica del radicale, sono divisi in alifatici, aromatici ed eterociclici. E nella composizione dei radicali alifatici, a loro volta, possono esserci gruppi funzionali che conferiscono loro proprietà specifiche: carbossile (-COOH), ammino (-NH2), tiolo (-SH), ammide (-CO-NH2), idrossile ( -OH ) e gruppi guanidina.

La solubilità dei radicali amminoacidici è determinata dalla polarità dei gruppi funzionali che compongono la molecola (i gruppi polari attraggono l'acqua, quelli non polari (idrofobici) la respingono). Di conseguenza, i radicali carichi polari degli amminoacidi hanno la più alta solubilità in acqua.

Prestiamo attenzione ad un'altra caratteristica degli amminoacidi selezionati dal BS come database.

Alcuni di questi amminoacidi non solo sono in grado di trasformarsi nel loro genere (cioè in amminoacidi non essenziali), ma partecipano anche alla creazione di subunità BS - lipidi (Phe, Tyr, Leu, Lys e Trp) e nucleotidi .

Pertanto, la molecola di acido aspartico (Asp, Asp, D) costituisce una parte essenziale dello scheletro dei nuclei delle purine e della pirimidina. Gli stessi tipi di nucleotidi sono associati al metabolismo del Gln. Inoltre, la sintesi delle purine è associata al metabolismo dell'aminoacido Gly.

Un DB (sotto forma di amminoacidi) entra nel BB di un dato BS se i valori di densità di esso e le subunità BS differiscono leggermente. Affinché un amminoacido possa entrare in tutti i BP senza eccezioni (sia quelli superiori che quelli inferiori), la sua densità deve essere leggermente inferiore a quella di subunità BS identiche.

Questa conclusione può essere confermata dai valori delle seguenti densità di BS, messe tra parentesi, in biostrutture con 4 BB, in cui ogni due BB sono completamente identici.

Tali BS sono: codone UUU (1.32), codificante Phe (1.29); il codone GGG (2.2) che definisce Gly (1.607) e il codone CCC (1.55) che codifica per l'amminoacido Pro (1.367).

Questo modello è tipico anche per altri BS, ad esempio: i codoni UUG (1.32+1.32+2.2)/3 e UUA (1.32+1.32+1.662)/3 codificano Leu (1.293).

Pertanto, c'è una chiara tendenza nella differenza tra le densità di una subunità e la sua BD (se gli amminoacidi vengono usati come essa) - è sempre inferiore alla densità delle subunità BS. La stessa dipendenza è particolarmente chiaramente tracciata per i valori della densità fluttuante di queste sostanze, che differisce in qualche modo dalla densità di queste sostanze che sono in forma cristallina.

Ma in questo caso, si può anche presumere che la comparsa iniziale di due regioni di acido nucleico interagenti (RNA-RNA: forcine nel tRNA e nell'mRNA, la comparsa di RNA a doppio filamento, ibridi di RNA-DNA e DNA a doppio filamento) è stato associato proprio alla creazione di ulteriori BB, in cui potrebbero entrare ulteriori DB che modificano i valori della densità di galleggiamento di questo BS.

A questo proposito si può presumere che la presenza di 4 “steli” nel tRNA, contenenti sezioni di due catene di RNA con amminoacidi inseriti nei loro BB “combinati”, fosse dovuta alla volontà di ridurre la differenza nei valori della densità fluttuante di APCase con un amminoacido e tRNA di un certo codone.

A causa della differenza nelle densità delle subunità e BD, tale BS potrebbe aumentare (se la densità di BD è inferiore a quella delle sue subunità) o diminuire quando la densità di BD (sotto forma di elementi biochimici) è maggiore rispetto a quello delle subunità BS.

Questa differenza nei valori di densità influenzerà necessariamente non solo la quantità di energia cosmica ricevuta dalla BS, ma anche la sua interazione con altre BS.

Questa circostanza spiega anche logicamente il motivo non solo per l'inclusione di un intero elenco di ioni di metalli pesanti (ferro, rame, zinco, molibdeno, titanio e altri) nel DB di vari BS, ma anche per le loro combinazioni.

Ad esempio, l'enzima enolasi, le cui molteplici forme (isoenzimi) sono caratteristiche dei tessuti dei pesci, è attivato da ioni magnesio (Magnesio, Mg, 12, 1.738 g/cm³) - Mg2+; manganese (Manganum, Mn, 25, 7,21 g / cm³) - Mn2 +, potassio (Kalium, K, 19, 0,856 g / cm³) - K +, ed è inattivato dagli ioni fluoro (Fluorum, F, 9, (at - 189 °C) 1.108 g/cm³). Il fluoruro è uno ione fluoro - F-1.

Enolase è caratterizzata da una struttura di dominio. Il centro attivo dell'enzima si trova nello spazio profondo tra il piccolo N-terminale e il grande C-terminale. L'attività catalitica richiede ioni Mg e senza di essi l'enzima non solo non ha attività, ma si dissocia anche in subunità.

Con un aumento della concentrazione di rame nell'acqua che gli animali hanno bevuto, è stato notato quanto segue: la più grande quantità di rame si lega nel citosol, si nota anche un aumento significativo della concentrazione di rame nei mitocondri. Un maggiore apporto di rame porta ad una ridistribuzione degli elementi biogenici, con conseguente diminuzione del contenuto di zinco e magnesio nelle cellule renali e un aumento del calcio.

Un cambiamento nella concentrazione di elementi biogenici, ovviamente, influisce sull'attività di molti enzimi e, in definitiva, sul metabolismo nel tessuto renale. Si può presumere che il metabolismo dei lipidi cambierà in modo significativo, poiché molti enzimi coinvolti nel metabolismo dei lipidi sono dipendenti dallo zinco e dal magnesio.

Poiché questa sezione del lavoro considera il ruolo delle BS con subunità assolutamente identiche nella creazione del codice genetico, notiamo che le sequenze ripetitive e il DNA satellite sono una delle regolarità nell'alternanza nucleotidica nella maggior parte del DNA delle cellule eucariotiche. Questi DNA sono costituiti da sequenze uniche e parzialmente ripetitive che a volte (nei topi) costituiscono un decimo del genoma.

Avendo una densità fluttuante diversa, la centrifugazione ripetitiva del DNA in un gradiente di densità CsCl forma una banda satellite distinta. Ciascuno dei due filamenti di questo DNA è così diverso nella composizione di base che si separano bene in una soluzione di CsCI.

Pertanto, con un alto grado di certezza, si può affermare che gli esoni pre-mRNA che codificano per le proteine ​​delle regioni dell'acido nucleico sono regioni di legame diretto del DNA e dell'RNA con valori di densità diversi dalla densità della massa del DNA.

Quando si combinano subunità di catene di DNA e RNA, si formeranno anche BB, in cui possono entrare gli amminoacidi. Quindi, quando queste due sezioni interagenti delle catene nucleiche divergono, gli amminoacidi che sono caduti nei loro BB di "assemblaggio" possono essere selezionati attivamente dalle sintetasi dell'amminoacil-TRK e, già in complesso con il tRNA, consegnati al ribosoma e all'mRNA per la proteina sintesi.

Ricordiamo di passaggio che gli esoni collegati in serie costituiscono l'mRNA eucariotico. Si noti inoltre che alcune molecole di mRNA possono anche catalizzare lo splicing dell'esone senza la partecipazione delle proteine.

In alcuni virus, come i picornavirus, l'mRNA costituisce l'intero genoma.

Ricordiamo che il principale vettore energetico nelle cellule è l'adenosina trifosfato (nucleoside trifosfato, abbr. ATP, ATP inglese, C10H16N5O13P3, 1,04 g / cm3) - ribonucleotide, e per avviare il processo di raddoppio del DNA, è anche necessario - BS contenente RNA. Questo è un seme di RNA (primer).

Ora diventa chiara la ragione della differenza nei valori delle densità fluttuanti di vari DNA e RNA, nonché dei loro ibridi DNA-RNA, che hanno reso possibile la vita sulla Terra.

Inoltre, diventa chiara la frequente associazione degli acidi nucleici con varie proteine. Dopotutto, il valore della densità fluttuante delle proteine ​​nelle soluzioni di CsCl varia da 1,3-1,33 g/cm3 e per l'RNA è superiore a 1,9 g/cm3.

Per il DNA, l'indice di densità è compreso tra 1,7 g/cm3. Ciò è dovuto al fatto che nel DNA il nucleotide uracile con una densità di 1,32 g/cm3 è sostituito dalla timina, che ha una densità di 1,23 g/cm3.

Per comprendere meglio il significato di questo fatto per vari tipi di BS, sostituiamo mentalmente l'aria nell'esempio seguente con timina, il sottomarino con BS e i suoi serbatoi con DNA, guanina con acqua:

Regolando la quantità di acqua nei serbatoi di zavorra (serbatoi), il sottomarino può librarsi alla profondità desiderata, la densità dell'acqua alla quale è uguale alla densità media del sottomarino. Se viene presa più acqua nei serbatoi, spostando la quantità d'aria corrispondente, la densità del sottomarino aumenta e affonda, cadendo in strati di acqua più fredda con una densità maggiore. Quando la densità dell'acqua è uguale alla densità del sottomarino, la barca si blocca di nuovo a una nuova profondità.

Pertanto, la timina ha contribuito inconsapevolmente non solo all'ulteriore associazione dell'RNA con il DNA, ma anche a un forte aumento della distribuzione territoriale della BS che lo utilizza, ad es. un forte aumento dell'aria di tutti gli organismi a DNA e il loro rilascio dall'acqua alla terra.

Un'analisi dei dati presentati indica che poiché è molto più facile per il DNA, piuttosto che per l'RNA, interagire con le strutture proteiche, anche la cromatina del DNA sarà più stabile e più diversificata.

È interessante notare che, in questo caso, le catene di acido nucleico a doppio filamento possono agire come due subunità BS, formando biobay (BB) chiamati "solchi". Inoltre, ce ne saranno anche esattamente due, come qualsiasi BS a due subunità.

Nella struttura del DNA a doppio filamento, che è nella forma B, si distinguono due scanalature: una grande, larga 2,2 nm e una piccola, larga 1,2 nm. La forma A del DNA ha un solco maggiore profondo e stretto e un solco minore poco profondo e largo.

Un'importante caratteristica strutturale dell'RNA che lo distingue dal DNA è la presenza di un gruppo ossidrile nella posizione 2" del ribosio, che consente alla molecola di RNA di esistere nella conformazione A piuttosto che in quella B più comunemente vista nel DNA.

Le basi azotate nella regione dei solchi maggiori e minori interagiscono con proteine ​​specifiche coinvolte nell'organizzazione della struttura della cromatina.

Probabilmente, è stata questa caratteristica degli acidi nucleici che ha contribuito alla creazione di virus "svestiti", ad es. contenente solo un nucleotide con subunità proteiche - capsomeri.

Frammenti della doppia elica dell'RNA sono formati anche dalle sue regioni complementari situate all'interno dello stesso filamento. In alcuni casi, la proporzione di regioni a doppio filamento nell'RNA può raggiungere il 75 - 90%. È probabile che questa circostanza abbia contribuito all'emergere di virus a RNA a doppio filamento.

La stragrande maggioranza dei virus contiene RNA. I virus vegetali contengono il più delle volte RNA a filamento singolo, mentre i batteriofagi di solito hanno DNA a doppio filamento.

I nomi delle catene di DNA per virus contenenti DNA a filamento singolo sono simili a quelli per RNA: il filamento codificante è complementare all'mRNA (-) e il filamento non codificante è la sua copia (+). Tuttavia, i genomi di diversi tipi di virus a DNA e RNA sono rappresentati da molecole di diversa polarità, ovvero qualsiasi catena può subire trascrizione. Questi sono, ad esempio, i geminivirus, virus vegetali contenenti DNA a filamento singolo e gli arenavirus, virus animali con RNA a filamento singolo.

Lo studio della composizione nucleotidica del DNA di vari organismi ha mostrato che il rapporto delle coppie di basi azotate A+T/G+C è un importante indicatore della specificità del DNA in diversi organismi. Quindi, negli esseri umani, è 1,52, nelle pecore -1,36, nel batterio E. coli -0,93, nell'agente eziologico della cancrena gassosa C. Perfringens - 2,70.

Poiché inizialmente sono state create BS con una densità di galleggiamento sufficientemente elevata, molto probabilmente la vita sulla Terra non ha avuto origine in acque prossime alla superficie, ma a profondità sufficientemente grandi e non lontano dalla fonte di origine dei suoi componenti - subunità e BD identiche, cioè vicino vulcani sottomarini attivi a lungo termine.

A questo proposito, prestiamo attenzione ai seguenti fatti noti.

Anche l'acqua limpida disperde, rifrange e polarizza la luce della nostra stella più vicina, il Sole. Di conseguenza, una sospensione inorganica e organica dei prodotti dell'eruzione di un tale vulcano sottomarino potrebbe per lungo tempo non solo polarizzare la luce rifratta che penetra a queste profondità, ma anche aumentarne la polarità.

L'astrobiologo Jeremy Bailey ha teoricamente dimostrato che nelle gamme dell'ultravioletto e persino del visibile, la luce stellare può anche polarizzare circolarmente dopo essere stata dispersa da particelle di polvere. In questo caso, se le componenti polarizzate destra e sinistra della radiazione ultravioletta sono separate spazialmente, le molecole di amminoacidi di un tipo specifico di simmetria speculare verranno distrutte nelle sezioni corrispondenti della nuvola molecolare. Allo stesso tempo, la luce polarizzata in senso orario (se guardi verso il raggio) ha un effetto dannoso sulle molecole D e polarizzata in senso antiorario, al contrario, distrugge solo gli L-amminoacidi.

Il nostro pianeta, a differenza di Venere e Urano, ruota nella stessa direzione del Sole. In questo caso, la luce solare polarizzata in senso orario nell'acqua potrebbe aumentare costantemente la concentrazione di L-amminoacidi e diminuire la concentrazione di molecole lipidiche.

A questo proposito, le molecole di zucchero e nucleotidi, nonché i lipidi appartenenti alla serie D delle sostanze, potrebbero aumentare la loro concentrazione solo sotto il film lipoproteico con una grande proporzione di aminoacidi, cioè sotto la membrana esterna della BS.

È del tutto possibile che siano stati i BD sotto forma di amminoacidi a contribuire a proteggere i BS lipidici dagli effetti dannosi della luce polarizzata del Sole. Poi anche la creazione aspecifica e casuale di proteine ​​dipeptidi è stata accolta favorevolmente dal BS e successivamente ha contribuito alla creazione dell'apparato traslazionale della cellula.

Ora diventa chiaro non solo la scelta degli L-aminoacidi da parte dei vari BS, ma anche il fatto che le strutture proteiche sono presenti in quantità di massa proprio sulla superficie esterna del doppio strato lipidico. La percentuale di proteine ​​​​e lipidi nella membrana: batteri è 55-65/10-20, cloroplasti - 50-60/40-50, nuclei - 48-52/38-47. mitocondri - 60-65/35-40, eritrociti - 60/40, nervo sciatico - 20-40/60-80.

I lipidi costituiscono il 10-20% del peso corporeo di una persona. Il corpo di un adulto contiene 10-12 kg di lipidi, di cui 2-3 kg sono lipidi strutturali. La stragrande maggioranza dei lipidi di riserva (fino al 98%) è concentrata nel tessuto adiposo. Il tessuto nervoso contiene fino al 25% di lipidi strutturali e membrane biologiche - 40% (del peso secco).

Il rapporto tra grassi (lipidi) e proteine ​​nelle lipoproteine ​​è diverso.

La quantità minima di proteine ​​è contenuta nei chilomicroni (0,96 g/cm3).

Colesterolo (colesterolo, C27H46O) - lo stabilizzatore di fluidità della membrana plasmatica ha una densità di 1,05 g / cm³. Il colesterolo viene trasportato ai tessuti periferici da chilomicrone, VLDL e LDL. Al fegato, da dove il colesterolo viene poi rimosso dal corpo, viene trasportato dalle apoliproteine ​​del gruppo HDL.

Notiamo anche che i lipidi si legano anche al DNA e il legame di tutti gli acidi grassi al solco minore del DNA è più forte che al solco maggiore.

Ora resta da prestare maggiore attenzione a un'altra proprietà dell'acqua, che ha contribuito alla scelta delle sostanze utilizzate da BS.

A questo proposito, ricordiamo che gradienti ad alta densità (pinocline) a una profondità di 70-90 m impediscono l'innalzamento di acque profonde ricche di sali nutritivi nella zona di fotosintesi. Pertanto, per aumentare la densità del citoplasma delle cellule con fotosintesi BS, è stato necessario utilizzare sostanze diverse dai sali, ad esempio gli zuccheri.

Allo stesso tempo, la comparsa di zuccheri all'interno della membrana lipidica potrebbe favorire la formazione di zuccheri nucleotidici e la creazione di RNA prima, e poi di DNA.

Poiché la vita ha avuto origine in un ambiente acquatico, c'è anche molta acqua nel citoplasma e nel sangue. La densità del mezzo principale del citoplasma della cellula - ialoplasma - varia entro limiti ristretti da 1,025 a 1,055 g / ml e, come la densità del sangue, dipende dal contenuto di elementi formati, proteine ​​​​lipidiche e vari polisaccaridi in esso contenuti. Di passaggio, notiamo che nell'uomo la densità del sangue è 1.060-1.064 g / ml.

La norma del glucosio nei bambini di età inferiore ai 14 anni è 3,33 - 5,55 mmol / l, negli adulti la norma del glucosio nel sangue è 3,89 - 5,83 mmol / l. Dall'età di 60 anni, il livello di glucosio aumenta normalmente a 6,38 mmol / l. Durante la gravidanza, il glucosio è normale - 3,3-6,6 mmol / l.

La variazione della densità delle soluzioni di saccarosio in acqua (g / ml) a diverse concentrazioni di questa sostanza (%) ha la seguente forma: 1.020 (5%), 1.041 (10%), 1.062 (15%), 1.084 (20 %), 1.107 (25%), 1.131 (30%) .

Dati i fatti di cui sopra, si può presumere che inizialmente vari zuccheri siano stati selezionati dall'ambiente dalle membrane lipidiche primarie solo per aumentare la densità dell'ambiente intracellulare e quindi facilitare il movimento delle biosubunità sia dei lipidi che delle BS nucleiche raccolte sotto la loro protezione. . Pertanto, vari zuccheri non sono solo substrati per reazioni ossidative, ma anche di per sé, per la loro semplice presenza nel citoplasma delle cellule, contribuiscono al miglior funzionamento di varie strutture catalizzatrici.

E questa proprietà degli zuccheri - il fattore di crescita di tutta la BS senza eccezioni - non è attualmente direttamente associata all'insulina, che è il principale ormone del pancreas?

L'insulina è il principale ormone metabolico anabolico (rafforzatore dei tessuti) che controlla molti aspetti della regolazione del glucosio, dell'accumulo di grasso corporeo e molte altre funzioni. Con la sua carenza, il livello di glucosio nel sangue aumenta, le cellule muoiono di fame. Questo perché l'insulina è necessaria per trasportare il glucosio dal sangue alle cellule che hanno bisogno di usarlo come carburante per l'esistenza e per immagazzinare il glucosio nelle cellule adipose come trigliceridi per il futuro consumo di energia. Ma, a differenza dell'azione anabolica del testosterone, che viene utilizzato per costruire muscoli e ossa, l'insulina è un ormone anabolico che immagazzina il grasso.

L'insulina è una potente fonte di formazione di grasso (lipogenesi) e un potente inibitore della disgregazione del grasso (lipolisi). L'insulina ha un effetto sull'aumento del rapporto tra grasso e muscolo, quindi maggiore è la stimolazione dell'insulina, meno cellule muscolari bruciano i grassi. L'eccesso di insulina è un costo inevitabile se si hanno problemi di sovrappeso.

Il glucosio puro può essere assorbito direttamente, ad esempio, dal cervello e dai muscoli. Il cervello e altri organi che producono gli "ormoni della sazietà" reagiscono ai livelli di glucosio. Il glucosio è anche associato al lavoro del pancreas, che produce insulina, un ormone responsabile dell'assorbimento del glucosio da parte dei tessuti e di una diminuzione della sua concentrazione nel sangue.

Ora la frase diventa chiara in molti modi: "Lo zucchero è la morte bianca".

Un'elevata concentrazione di zuccheri nello spazio intracellulare comporterà necessariamente un aumento significativo della densità del citoplasma, che, a sua volta, ostacolerà il movimento delle subunità che catalizzano la BS.

Allo stesso tempo, interrompere il lavoro degli enzimi porta inevitabilmente al coma e, spesso, alla morte, cioè alla cessazione dell'attività vitale dell'organismo.

Perché il coma è così pericoloso per il corpo umano? Il coma (dal greco κῶμα - sonno profondo) è una condizione pericolosa per la vita caratterizzata da perdita di coscienza, un forte indebolimento o mancanza di risposta agli stimoli esterni, l'estinzione dei riflessi fino a quando non scompaiono completamente, una violazione della profondità e della frequenza di respirazione, un cambiamento del tono vascolare, un aumento o un rallentamento del polso, disturbo della termoregolazione.

La descrizione di cui sopra di questo stato più pericoloso del corpo indica inequivocabilmente disturbi nel lavoro di numerosi BS di catalizzazione e trasferimento che hanno iniziato il loro percorso evolutivo dall'incontro di due subunità identiche e BD che sono entrate nel BB, create dai costituenti di queste subunità .

Conclusioni.

È il moto browniano delle molecole organiche in un mezzo acquoso che è la causa non solo dell'auto-organizzazione della BS, ma anche del loro auto-recupero.

L'auto-organizzazione è svolta da molecole con dimensioni e densità geometriche approssimativamente uguali, e questo processo viene eseguito con la massima efficienza nella zona della loro galleggiabilità zero utilizzando il moto browniano. È in questa zona di densità che le subunità BS e il loro BD spendono tutta la loro energia solo nei loro vari movimenti sul piano orizzontale e nelle interazioni tra loro.

Poiché molecole con densità simili si autoassemblano più facilmente con l'aiuto del moto browniano, dopo un certo periodo di tempo, parte della BS non potrebbe più essere assemblata da subunità assolutamente identiche, ma, ad esempio, da una miscela di adenina e citosina . A sua volta, la mutazione spontanea della citosina in uracile, e quest'ultimo attraverso la metilazione in timina, ha portato a una diversità ancora maggiore di questi BS e all'inclusione di più amminoacidi e bioelementi chimici nella loro composizione.

A causa del fatto che due basi nucleiche di un codone formano un restringimento del canale di reazione BS (il cosiddetto biobay o BB), in cui possono essere sia il proprio amminoacido che uno sufficientemente vicino per dimensione, densità e sintesi conservato per lungo tempo, diventa chiaro perché nel codice genetico i codoni con un primo nucleotide comune codifichino amminoacidi con percorsi biosintetici simili e quelli con un secondo codice nucleotidico comune per amminoacidi simili per idrofilia o idrofobicità.

La creazione di tutti i tipi di biostrutture (BS) è facilitata dalla presenza di due gruppi di diversa qualità nella composizione delle loro subunità e bioadditivi (BD) - idrofobo, che evita il contatto con le molecole d'acqua, e idrofilo, cioè la loro anfipaticità.

L'uso di elementi chimici come database ha portato al fatto che molto prima della comparsa delle strutture cellulari, dalla creazione di BS a due subunità, potevano essere eseguiti processi biogeochimici: i fenomeni di concentrazione e dispersione di elementi chimici con la partecipazione di rappresentanti della fauna selvatica.

Di conseguenza, con l'avvento delle prime BS, iniziò un cambiamento nell'ambiente esterno. I processi biogeochimici hanno svolto un ruolo importante nella formazione di alcuni depositi come arenarie rameose, arenarie contenenti uranio, ecc. Il ruolo dei processi geochimici biogeochimici nella formazione di aloni secondari di dispersione dei depositi e nella formazione di anomalie geochimiche è grande.

Nel corso della storia geologica, i processi biogeochimici hanno creato la moderna atmosfera di ossigeno della Terra (fotosintesi vegetale), hanno quasi liberato l'atmosfera dalla CO2, modificato la composizione delle acque superficiali e sotterranee, in particolare, hanno portato alla formazione di idrogeno solforato nei limi e acque sotterranee e la precipitazione dei solfuri metallici. I metodi biogeochimici di prospezione dei giacimenti minerari si basano sulla determinazione della composizione elementare delle piante.

Tuttavia, anche l'ambiente esterno gioca un ruolo enorme nel modificare le BS. A questo proposito ricordiamo che qualsiasi nucleotide è una sostanza costituita da una base azotata, uno zucchero e un residuo di acido fosforico.

E sono stati i gradienti ad alta densità (pinocline) a una profondità di 70-90 m, che impedivano l'innalzamento di acque profonde ricche di sali nutritivi nella zona della fotosintesi, che hanno contribuito all'accumulo di zuccheri nei volumi liposomiali e, di conseguenza, all'inevitabile divisione della fauna in due grandi gruppi: gli organismi foto- e non fotosintetici, cioè gli organismi non fotosintetici. in eterotrofi (utilizzando sostanze organiche già pronte per la loro vita) e autotrofi (batteri fototrofi, alghe e piante verdi, nonché chemioautotrofi).

I chemioautotrofi (batteri che utilizzano le reazioni di ossidazione delle sostanze inorganiche per ottenere energia) creano poca biomassa rispetto ai fotosintetici, ma svolgono il ruolo principale nella chiusura dei cicli biogeochimici di azoto, zolfo, ferro e altri elementi nella biosfera. Di conseguenza, alcuni di essi, come i batteri nitrificanti, aumentano la fertilità del suolo.

Il coinvolgimento di vari zuccheri come sostanze aggiuntive che aumentano la densità dell'ambiente intracellulare ha portato a un movimento più efficiente delle subunità BS e alla creazione di vari tipi di glicolipidi e glicopeptidi.

Notiamo anche che alcune delle reazioni di scomposizione dei lipidi che forniscono scheletri di carbonio per la sintesi di saccarosio e altri carboidrati si verificano nel citoplasma e nei mitocondri e l'altro avviene in corpi sferici circondati da membrane (gliossisomi) contenenti enzimi del ciclo del gliossilato - una sequenza di reazioni associate alla scomposizione dei grassi.

A sua volta, una maggiore concentrazione di vari zuccheri (carboidrati) nell'ambiente intracellulare, insieme agli amminoacidi, ha contribuito alla comparsa dei primi nucleotidi che compongono l'RNA, nonché all'uso del suo nucleotide più leggero, la timina (1,23 g/ cm3), negli acidi nucleici, che ha portato infine all'uso del DNA da parte di vari BS.

Poiché i processi mutazionali si osservano sia nell'RNA che nel DNA della BS, si può ritenere provato che la comparsa della timina nella BS abbia contribuito, in primo luogo, ad un forte aumento dell'aryal della BS contenente zucchero, che successivamente ha portato alla creazione di procarioti - archaea, batteri ed eucarioti.

Considerando che la densità dell'ATP è addirittura inferiore a quella della timina ed è di soli 1,04 g/cm i propri componenti. Pertanto, circa la metà di tutte le membrane cellulari è limitata da cavità labirintiche del reticolo endoplasmatico (ER), in cui i lipidi sono sintetizzati dall'ER per il resto della cellula.

Si noti che molti importanti processi biochimici si verificano all'interno delle membrane o sulle loro superfici. Ad esempio, la fosforilazione ossidativa e la fotosintesi richiedono una membrana semipermeabile per accoppiare il trasporto di protoni alla sintesi di ATP.

È anche noto che sul lato del RE rivolto verso il citosol sono presenti molti altri organelli - ribosomi coinvolti nella sintesi di proteine ​​integrali di membrana e proteine ​​solubili destinate alla secrezione o ad altri organelli.

In questo caso, si può sostenere che tutti i compartimenti cellulari devono avere non solo la loro funzione caratteristica, ma piuttosto un valore strettamente definito della densità del loro ambiente. Pertanto, il nucleo non solo contiene la parte principale del genoma cellulare, ma fornisce anche la sintesi di RNA e DNA. Si noti di passaggio che in alcuni batteri il DNA è attaccato a un'invaginazione della membrana plasmatica chiamata mesosoma.

I mitocondri e i cloroplasti forniscono alla cellula l'energia dell'ATP, che viene utilizzata nelle reazioni di biosintesi che richiedono la fornitura di energia libera.

Inoltre, questa ipotesi è confermata involontariamente dai valori della densità media del DNA di diverse BS della stessa cellula. Pertanto, le densità del DNA nucleare, mitocondriale e dei cloroplasti differiscono non solo in una cellula. Sono diversi per diversi BS, comprese le particelle virali.

È del tutto possibile che l'incorporazione di una parte significativa delle proteine ​​richieste da un dato organello cellulare sia anche correlata ai valori delle loro densità. Dopotutto, è noto che la sintesi di quasi tutte le proteine ​​cellulari nel DNA-BS inizia nel citosol, lo spazio comune che circonda tutti gli organelli. Successivamente, ciascuna proteina appena sintetizzata viene quindi specificatamente consegnata al compartimento cellulare o all'organello di cui ha bisogno.

L'uso di amminoacidi come BD BS ha inoltre contribuito non solo alla formazione della lipoproteina BS, la cui creazione, a sua volta, ha facilitato l'assemblaggio del nucleotide BS, ma ha anche portato a una diversità di lipidi, poiché la loro sintesi è direttamente correlata a il metabolismo di cinque aminoacidi: Phe, Tyr, Leu, Lys e Trp.

L'elevata sensibilità degli amminoacidi ai cambiamenti nell'ambiente esterno e interno è stata accolta favorevolmente solo quando sono stati scelti come BS DB, il che ha successivamente portato alla creazione di vari BS enzimatici (enzimatici).

Un fatto importante nella scelta degli aminoacidi come DB è la loro caratteristica: in mancanza di grassi o carboidrati, gli aminoacidi possono essere ossidati con rilascio di energia. Questa è anche una proprietà estremamente importante degli amminoacidi per il mondo dell'RNA, poiché l'ATP è una fonte universale di energia per molti processi biochimici, che viene utilizzata direttamente e non è una forma di accumulo di energia.

I moderni metodi di analisi nell'acqua di mare hanno trovato due terzi degli elementi chimici della tavola periodica. Vari BS li hanno selezionati come loro database, trasformandoli così in bioelementi. Molti di loro si legano ad acidi nucleici a doppio filamento, che in questo caso agiscono come BS a due subunità con DB sotto forma di bioelementi.

Il beneficio sopra descritto dalla presenza di DB nelle BS, costituite da due subunità identiche e da un DB, ha portato inconsapevolmente nel corso dell'evoluzione non solo alla loro massima compatibilità. Il DB ha spesso contribuito personalmente alla creazione di ulteriori BB in nuove BS a tre subunità.

Per creare la corretta geometria della spina dorsale della doppia elica del DNA, è molto importante che le purine più voluminose si accoppino sempre con le pirimidine più piccole. Tuttavia, poiché ciascuno dei nucleotidi ha una propria densità, le coppie GC e AT di nucleotidi BS avranno densità diverse.

Poiché ciascuna di queste coppie forma un numero diverso di legami idrogeno tra loro, è possibile determinare il rapporto tra la differenza nei valori delle loro densità e le quantità di legame. Quindi, la differenza nei valori di densità di una coppia AT collegata da due legami idrogeno sarà 0,37 g/cm3 e in una coppia G-C collegata da tre legami idrogeno - 0,65 g/cm3. In questo caso, un legame idrogeno della coppia AT contiene la differenza di 0,185 g/cm3 e il legame idrogeno della coppia GC contiene 0,223 g/cm3. Pertanto, il legame tra i nucleotidi G e C è più forte che tra i nucleotidi A e T.

Questa proprietà dei legami si riflette nella temperatura di fusione del DNA. Più coppie di GC nel DNA, maggiore è la sua temperatura di fusione (cioè la divergenza delle catene di questa doppia elica nucleotidica).

A questo proposito, diventa anche chiaro che il rapporto delle coppie di basi azotate A + T / G + C è un indicatore importante della specificità del DNA in diversi organismi. Allo stesso tempo, la composizione nucleotidica del DNA nello stesso genotipo rimane costante in condizioni ambientali mutevoli, che è il fattore più importante nel mantenimento delle proprietà ereditarie di un organismo.

Pertanto, tutti i fatti presentati nel lavoro testimoniano in modo convincente l'estrema importanza dei valori di densità e densità fluttuante nella creazione di BS.

Di conseguenza, è questa caratteristica dei componenti BS ad essere fondamentale per il mondo della natura vivente quanto il valore del peso atomico per oggetti di natura inanimata. Questa è l'intera essenza della principale legge biologica.

Notiamo anche che le molecole d'acqua, con il loro continuo movimento, creando BS, sono in grado di interferire costantemente con la loro integrità, portando con sé sia ​​le loro subunità che i BD che hanno selezionato dall'ambiente acquatico.

A questo proposito, è logico supporre che BS contenenti subunità e BD, di piccole dimensioni e aventi densità identica, siano in grado di manifestare efficacemente le loro funzioni solo se sono in una certa quantità. E questa circostanza si manifesterà necessariamente negli acidi nucleici BS ripetendo i loro geni, che, a loro volta, a causa delle loro mutazioni, porteranno a una varietà di BS.

Confermiamo questa ipotesi con i seguenti fatti.

Nei cloroplasti, la clorofilla e altri pigmenti immersi nei tilacoidi sono assemblati in unità funzionali (250-400 molecole ciascuna) chiamate fotosistemi.

La dimensione della porzione del genoma occupata dalla ripetizione di sequenze varia ampiamente tra i taxa. Nel lievito raggiunge il 20%; nei mammiferi si ripete fino al 60% di tutto il DNA. Nelle piante, la percentuale di sequenze ripetute può superare l'80%.

L'analisi dei fatti di cui sopra permette di affermare che l'acqua non è solo la culla dei primi BS, ma anche il loro creatore e il fattore principale nell'evoluzione degli esseri viventi. Ma è stata proprio la natura anfipatica dei componenti BS, che ha causato la creazione della prima BS contenente due subunità identiche, che è diventata la base per l'emergere dell'intera diversità dei rappresentanti della fauna selvatica.

Elenco bibliografico:

1. Aminoacil-tRNA sintetasi. URL: http://www.xumuk.ru/encyclopedia/210.html (consultato il 24.01.2015).
2. Proteine. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Proteins (accesso il 24/01/2015).
3. Biochimica: Proc. per le università / Ed. E.S. Severin. M.: GOETAR, 2003. 779 pag.
4. Moto browniano. Enciclopedia fisica. M.: Enciclopedia sovietica, 1988. T. 1. S. 229-230.
5. Idrofilia. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Hydrophilicity (visitato il 24.01.2015).
6. Ormoni che regolano i livelli di zucchero e come aumentano il peso. URL: http://www.eurolab.ua/woman/566/1215/11511/ (visitato il 24.01.2015).
7. Acqua di mare. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Sea_water (accesso il 24/01/2015).
8. Proprietà fisiche e chimiche fondamentali delle acque dell'Oceano Mondiale. URL: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/voda-mirovogo-okeana.html (accesso 24.01.2015).
9. Perelman V. I. Breve libro di consultazione di un chimico, 7a ed. Mosca, 1964. - 620 p.
10. Strato. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Plastom (visitato il 24/01/2015).
11. Sequenze ripetitive e DNA satellite. URL: http://www.ngpedia.ru/id294894p1.html (accesso 24.01.2015).
12. Prolina. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Proline (consultato il 24/01/2015).
13. Prolina. URL: http://eniw.ru/prolin.htm (visitato il 24.01.2015).
14. Ratner VA Codice genetico come sistema // Rivista educativa Sorovsky. - 2000. V.3, n. 3. S. 17-22.
15. Caratteristiche delle acque dell'Oceano Indiano http://geo.5materik.ru/stati/vody-indijskogo-okeana
16. Clorofilla. URL: http://medbiol.ru/medbiol/botanica/001f30f5.html (accesso 24.01.2015).
17. Citoplasma. URL: http://ru-ecology.info/post/103685802460004/ (accesso 24.01.2015).
18. Shishlova A. Luce di stelle lontane e vita sulla Terra. URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/7509/ (accesso 1 febbraio 2015).
19. Evoluzione dei geni e dei genomi cellulari. URL: www.irbis.vegu.ru/repos/470/HTML/0085.Html (accesso il 24/01/2015).
20. Enolasi. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Enolase (consultato il 26/01/2015).
21. Wang Y., Zhang L., Yao J. et al. Accumulo e resistenza al rame di due biotipi // Bull. Ambiente. contam. Tossico. - 2009. - Vol.82 (4). - P. 454-459.

Ad esso sono associate molte proprietà strutturali e funzionali delle membrane, nonché i processi di stabilizzazione e formazione delle membrane. L'acqua fa parte delle membrane ed è divisa in libera, legata e intrappolata. L'acqua legata e quella libera differiscono nella mobilità delle molecole d'acqua e nel potere dissolvente. L'acqua legata all'interno ha la minor mobilità e potere dissolvente. È presente nella zona lipidica delle membrane sotto forma di singole molecole. La parte principale dell'acqua legata è l'acqua dei gusci idratati. Quest'acqua circonda i gruppi polari di proteine ​​e lipidi, ha una mobilità minima e praticamente non ha le proprietà di un solvente. Acqua libera nei pori e nei canali. Gli ioni liberi possono attraversarlo. È un buon solvente, mobile e ha tutte le proprietà dell'acqua liquida. L'acqua intrappolata ha un movimento isotopico caratteristico dell'acqua liquida ed è un buon solvente. Si trova nella zona centrale delle membrane, tra i suoi strati lipidici, ma quest'acqua è spazialmente condivisa sia con il fluido extracellulare che con il citoplasma. Non ha l'opportunità di scambiare liberamente con loro.

Caratteristiche della struttura dell'acqua

L'acqua è un mezzo con un gran numero di legami idrogeno, che determinano le proprietà speciali dell'acqua:

La sua capacità di mantenere uno stato liquido in un ampio intervallo di t0,

Basso t0 di formazione di ghiaccio.

Il ghiaccio è caratterizzato da una disposizione rigorosamente ordinata delle molecole d'acqua, ad angoli tetraedrici. Ogni molecola ha 4 legami idrogeno tra molecole vicine. Questa è una struttura sciolta. Quando l'acqua si forma dal ghiaccio, questa struttura viene distrutta, nell'acqua liquida ci sono molecole con legami idrogeno 4,3,2,1 e 0. I legami idrogeno nell'acqua liquida sono caratterizzati da un'ampia gamma di angoli e lunghezze.

Energia potenziale. U acqua connessione liquido l'acqua è una funzione continua dell'angolo del legame idrogeno intermolecolare e delle caratteristiche geometriche della molecola d'acqua.

Esistono diversi modelli di struttura dell'acqua

1. Progettato da Eisenberg e Kauzman. Particolare attenzione è riservata alla scala temporale dell'osservazione della struttura. È stato possibile rilevare 3 strutture d'acqua:

1) se si scatta una foto con un tempo di esposizione molto più breve del periodo di oscillazione delle molecole d'acqua (?<

2) se continuiamo?>>?col., ma molto inferiore al tempo di rotazione dei corpi di diffusione t=10–5 s, allora è possibile osservare la struttura K. È caratterizzato da una disposizione ordinata delle molecole d'acqua, ma da un orientamento casuale.

3) al?>>periodo di rotazione della diffusione si ottiene una struttura D. È caratterizzato da una disposizione regolare delle molecole d'acqua e dal loro orientamento corretto e regolare.

2. Modello a grappolo Sherag.

L'acqua liquida è costituita da singole molecole e gruppi strutturalmente correlati. I grappoli si rompono e riappaiono costantemente. Questo crea un ambiente medio per ogni singola molecola d'acqua, tenendo debolmente conto delle molecole d'acqua nei gruppi molecolari.

3. Modello Samoilov

considera i cambiamenti strutturali nell'acqua a diverse temperature. Supponiamo che durante lo scioglimento del ghiaccio, la molecola d'acqua staccata riempia i vuoti del reticolo cristallino, mentre il peso specifico aumenta. Il peso specifico massimo dell'acqua si osserva a +40 ° C, a t0 superiore si verifica un aumento dell'ampiezza delle vibrazioni delle molecole d'acqua, un aumento del volume occupato da essa e una diminuzione della densità.

Solubilità di varie sostanze in acqua

Gli elettroliti si dissolvono bene in acqua a causa dell'elevata costante dielettrica dell'acqua, così come le sostanze con un grande momento di dipolo e le sostanze in grado di formare legami idrogeno con le molecole d'acqua.

Immagine. Sostanze insolubili in acqua: idrocarburi vari, oli, grassi. Ciò è spiegato dal fatto che i contatti tra le molecole H2O–H2O e C6H6–O sono più favorevoli rispetto a C6H6–H2O. In ogni situazione in cui l'energia libera della soluzione è inferiore all'energia libera dell'acqua e del soluto, la sostanza data si dissolve bene in acqua (e viceversa). acqua di membrana.

Si dividono in 3 tipologie a seconda dell'attività osmotica, della capacità di dissolvere le sostanze e di scambiare con l'ambiente esterno.

1. Acqua gratuita. Fase mobile in grado di dissolvere qualsiasi sostanza chimica e

con attività osmotica. Nelle membrane si trova nei canali ionici.

2. Acqua catturata. Quasi libero, ma localizzato tra due strati della membrana,

è difficile da scambiare con l'ambiente esterno e non è efficace nei trasporti.

3. Acqua legata (diversi tipi).

Acqua dei gusci di idratazione (si lega alla componente proteica)

Strettamente legato alla componente proteica dei canali ionici.

Lo stato delle membrane dipende dalla composizione dei lipidi e dalla temperatura del mezzo.

Temperatura di transizione di fase - temperatura, la membrana passa da uno stato di fase all'altro.