Химики объяснили появление ключевых компонент ДНК на ранней Земле
Химики из Университета Людвига Максимилиана обнаружили возможный пребиотический путь синтеза пуринов — азотистых оснований, входящих в состав РНК и ДНК. Авторы отмечают, что предложенный ими синтез согласуется с условиями, соответствующими ранней Земле, и, кроме того, дает высокий выход нуклеозидов аденина и гуанина — соединений, в которых азотистые основания уже связаны с углеводным скелетом. Работа является новым аргументом, поддерживающим гипотезу мира РНК как стартовой точки возникновения жизни. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко с ним можно ознакомиться в редакционном материале.
Аденин и гуанин — два из четырех органических соединений, ответственных за образование комплементарных водородных связей в двухцепочечных молекулах ДНК и в сложных пространственных структурах РНК. Каждое из них состоит из двух циклических фрагментов — пиримидинового (шестиугольник с двумя атомами азота и четырьмя углеродами) и имидазольного (пятиугольник с двумя атомами азота), — склеенных между собой в пуриновый «скелет».
Именно дополнительные группы, прикрепленные к «скелету» обеспечивают работу принципа комплементарности.
В двухцепочечных молекулах нуклеиновых кислот, напротив аденина и гуанина в норме оказываются цитозин и тимин (или урацил — в РНК). Эти азотистые основания имеют более простую структуру, чем пурины — в них лишь одно пиримидиновое (шестиугольное) кольцо. Семь лет назад химикам удалось предложить путь, согласно которому пиримидиновые основания могли возникнуть из простых молекул, однако надежного пребиотического синтеза пуринов до сих пор предложено не было. Новая работа заполняет эту брешь.
Первоначально авторы изучали какие есть пути возникновения повреждений в молекулах ДНК. Среди прочего, химики рассмотрели взаимодействие ДНК с молекулой формамидопиримидина — как видно из названия, в ней содержится лишь шестиугольный фрагмент, характерный для цитозина и тимина. Оказалось, что формамидопиримидины легко могут превращаться в пурины, замыкая второй цикл в молекуле, например — при реакции с сахарами.
Ученые проверили, могли ли сами формамидопиримидины образоваться на ранней Земле. Первый шаг к их синтезу был довольно простым — водород, циановодородная кислота и вода, широко распространенные ранее, легко образуют в результате реакций конденсации различные аминопиримидины (шестиугольные циклические соединения с прикрепленными к ним остатками аммиака). Однако для перехода от них к формамидопиримидинам химикам надо было добиться того, чтобы лишь определенные аминогруппы вступали в реакцию с муравьиной кислотой или молекулой формамида.
Химикам удалось показать, что присутствие небольших количеств кислоты на поверхности ранней Земли могло обеспечить очень высокую селективность требуемой химической реакции. В качестве источника формамида авторы рассматривают кометы, подобные комете Чурюмова—Герасименко — не так давно на последней были обнаружены различимые количества этого и многих других органических веществ.
После того, как молекула формамидопиримидина образовалась, реакция с сахарами (в частности, с рибозой) протекает с высокой селективностью и выходом вплоть до 60 процентов.
Интересно отметить, что прекурсоры рибозы, входящей в состав РНК также были обнаружены миссией «Розетты». В результате образуются нуклеозиды. Если соединить последние мостиками из фосфорной кислоты получится полноценная одноцепочечная молекула РНК.
Эксперты отмечают, что условия, предложенные авторами новой работы, несколько отличаются от использованных в более ранней работе о синтезе урацила и цитозина. Поэтому говорить о полноценной модели возникновения РНК на Земле пока еще нельзя. Но тем не менее ученые рассматривают работу как большой шаг вперед на пути к созданию модели мира РНК.
Согласно этой модели, роль носителя информации и катализатора раньше выполняли молекулы РНК и их ансамбли. Эти молекулы, подобно ДНК, могут самореплицироваться — создавать свои копии — и формировать двойные цепочки. Накопленные мутации и изменения привели к возникновению РНК, катализирующих синтез белков-ферментов, появлению молекул ДНК и, впоследствии, к образованию клеточных мембран.
Владимир Королёв
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
ничего, что наша ДНК наполовину совпадает с ДНК банана? — T&P
Биохимия — сравнительно молодая дисциплина, официально возникшая только в начале прошлого века. Но как наука о химическом составе организмов и процессах, лежащих в основе их жизни, она уже успела ответить на многие интересующие человечество вопросы. Аспирантка лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, PhD-студентка Сколтеха Анастасия Наумова рассказала T&P, почему именно углерод считается основой жизни и может ли азот занять его место, а также объяснила, почему нет смысла избавляться от холестерина и заниматься спортом менее получаса.
Анастасия Наумова
Начнем с начала: вся жизнь на планете состоит из четырех основных типов веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Примером такой кислоты служит всем известная молекула ДНК, которая является полимером. Самое простое объяснение структуры полимера — бусы. Как бусы состоят из бусинок, так и полимер состоит из мономеров. ДНК состоит из повторяющихся блоков — нуклеотидов, а они, в свою очередь, из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.
Всего существует четыре типа азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин, при этом аденин соединяется только с тимином, а гуанин — только с цитозином, это называется принципом комплементарности. Видовое разнообразие жизни на Земле, наши отличительные черты (цвет глаз, волос, состояние кожи и даже характер) зависят от взаимного расположения тех самых четырех азотистых оснований в цепочке ДНК. По странному стечению обстоятельств наша ДНК на 50% совпадает с ДНК банана, а на 35% — с ДНК нарцисса, но что это значит на практике для нас? Да ничего, в принципе. Сходство ДНК означает, что у нас и у банана есть определенное количество одинаковых кодирующих участков из нуклеотидов. Процессы передачи и реализации информации коротко описываются основной догмой молекулярной биологии: из ДНК синтезируется РНК, из РНК синтезируется белок. Синтез белка является одним из основных жизненно необходимых процессов: белок необходим нам для роста, развития, регенерации, и он также является ферментом.
Люди из азота
Как уже упоминалось, жизнь состоит из четырех основных типов веществ, один из которых — белок. В свою очередь, белок состоит из аминокислот. Структура аминокислоты достаточно простая: это углеродный каркас, на который крепятся атомы кислорода, азота, водорода, углерода и иногда серы. Аминокислоты крепятся одна к другой в порядке, закодированном в ДНК, составляют цепочки неограниченной длины, и получается белок. Итак: у каждой аминокислоты есть углеродный скелет, то есть белок состоит в основном из углерода, а без белка наша жизнь невозможна. Именно отсюда и появился тезис, что жизнь на нашей планете углеродная. Но в таблице Менделеева элементов больше, чем один, и возникает вопрос: может ли жизнь быть завязана на другом элементе? И если да, то на каком? Ответ напрашивается сам собой: логично было бы попробовать рассмотреть элемент, близкий к углероду, но с большим количеством электронов, а именно азот. Дополнительный электрон удобен тем, что азот имеет больше степеней окисления, — следовательно, на его основе можно создать больше соединений.
Помимо этого, азот образует связи такого же типа, как и углерод. Что же будет, если мы попробуем составить из азота длинную цепочку? К сожалению, мы получим не новый тип жизни, а самую мощную из неатомных взрывчаток — ГНИВ (Гексанитрогексаазаизовюрцитан). Проблема в том, что полимеры азота нестабильны в условиях нашей планеты, для их стабильности необходимо гораздо более высокое давление, нежели атмосферное давление Земли. Но Вселенная огромна, и в большинстве мест давление больше, чем земное. Компьютерное моделирование атмосферы Юпитера показало, что полимеры из азота на этой планете будут даже стабильнее, чем из углерода. И таких мест с подходящими условиями гораздо больше, чем одно. Так что кто знает — может быть, во Вселенной уже давно существуют азотные люди.
Биология в быту
Помимо визионерских вопросов об азотной жизни, биохимия дает ответ на более насущные запросы — например, как правильно заниматься спортом и каким именно. Чтобы разобраться, обратимся к такой сложной схеме, как цикл Кребса.
За ее открытие Ханс Кребс совместно с Фрицем Липманом в 1953 году получили Нобелевскую премию по медицине. Коротко суть схемы можно передать тезисом «жиры горят в пламени углеводов». Из этого объяснения следуют некоторые важные утверждения:
Нам необходимы углеводы
Если нет углеводов, а физическая нагрузка присутствует, организм начинает разрушать свой белок, чтобы добыть углеводы из него. Разрушение белка — это разрушение мышечной ткани, в то время как основная цель тренировок заключается в обратном. Стоит отметить, что углеводы нам нужны сложные, или медленные, состоящие из трех и более моносахаридов, единиц строения углеводов. Сложные углеводы содержатся в крупах, картофеле, печени, бобовых. Употребление этих продуктов постепенно повышает уровень глюкозы в крови, и организм успевает справляться с ее переработкой. В отличие от медленных углеводов, быстрые состоят из одного или двух моносахаридов. Они резко повышают уровень сахара в крови, а затем оседают в виде жира, потому что организм не может сразу переработать такое большое поступление глюкозы.
Для поддержания горения (а по факту — окисления) жиров нам необходим кислород
С точки зрения энергетических затрат аэробные нагрузки (то есть с поступлением большого количества кислорода) в 19 раз более эффективны для сжигания жира, чем анаэробные (то есть почти бескислородные), так что польза от присутствия кислорода очевидна. Если вы все еще сомневаетесь, что для сжигания жира лучше бегать, чем поднимать штангу, то вот еще одна причина, и имя ей — пировиноградная кислота, которая является конечным продуктом распада глюкозы. Дальнейший метаболизм кислоты зависит от наличия воздуха. При аэробном варианте она вовлекается в уже упомянутый нами цикл Кребса, крутится в нем, что каждый раз дает нам энергию для продолжения тренировки. Раньше считалось, что только в анаэробном варианте, то есть без доступа кислорода, пировиноградная кислота превращается в хорошо знакомую всем молочную кислоту — именно она вызывает боль в мышцах после тренировки. Согласно последним исследованиям, виноградная кислота может появляться и при анаэробной тренировке, но только при нагрузках, превышающих 50% от максимального уровня выносливости человека.
При такой интенсивной нагрузке жир снова перестает сжигаться, и разрушаются уже углеводы, что приводит к появлению молочной кислоты. Хорошая новость в том, что большинство тренировочных программ построено так, чтобы пик нагрузки не превышал тот самый порог 50% от максимума возможностей.
По-настоящему аэробных вида спорта всего четыре: бег, плавание, бег на лыжах и гребля. Именно при занятии этими видами спорта задействовано более 70% от общего числа мышц, и в организм поступает достаточное количество кислорода. Помимо количества задействованных мышц, важна длительность нагрузки. В самом начале тренировки идет обратимая реакция расщепления креатинфосфата для поддержания энергии в организме. Креатинфосфат преимущественно содержится в мышечной и нервной ткани, и его запасов хватает примерно на первые 20 секунд тренировки. После разложения креатинфосфата самым простым с точки зрения организма вариантом получения энергии является расщепление глюкозы. В наших клетках глюкоза хранится в форме гликогена, который при нагрузке начинает расщепляться следом после креатинфосфата.
Затем, когда организм израсходовал весь доступный запас гликогена, включается более сложная реакция расщепления жира. В среднем гликогена хватает на 20–30 минут, в зависимости от уровня подготовленности человека. Именно поэтому, если вы хотите похудеть, важно, чтобы тренировка была длительной, не менее получаса.
Хороший, плохой, злой холестерин
Довольно много внимания в статье мы обращали на основные четыре элемента, но ведь мир ими не ограничивается. Например, существуют такие вещества, как жирные кислоты. Они бывают насыщенные и ненасыщенные. Основное отличие заключается в том, что насыщенные находятся в твердом состоянии, и они синтезируются в организме, то есть у нас нет необходимости в получении их извне. Ненасыщенные же находятся в жидком состоянии, они полезны для организма, но им не синтезируются. Такие жирные кислоты содержатся в тех организмах, которые дышат не так, как мы. Например, в растениях или рыбе. Помимо жирных кислот есть еще жиры, или липиды, к которым относится холестерин.
Бытует мнение, что от холестерина нужно полностью избавляться, но на самом деле это совсем не так. Во-первых, холестерин входит в состав клеточных мембран и именно благодаря ему стенки клеток эластичны, то есть более устойчивы к внешним воздействиям. А во-вторых, холестерин относится к стероидным липидам и является родоначальником всех стероидных гормонов, например половых. Но несмотря на это, допускать повышенное содержание холестерина в организме не стоит, ведь всем нам хорошо известно, к чему это приводит.
Иконки: 1) Kris Brauer, 2) Creative Stall, 3) irene hoffman — from the Noun Project.
High School Biology Help
Учащиеся, нуждающиеся в помощи по старшеклассникам по биологии, получат большую пользу от нашей интерактивной программы.
Мы разбиваем все ключевые элементы, чтобы вы могли получить адекватную помощь по биологии в старших классах.
Имея под рукой обязательные концепции обучения и актуальные практические вопросы, вы получите много помощи по биологии для старших классов в кратчайшие сроки.
Получите помощь сегодня с нашей обширной коллекцией необходимой информации по биологии для старших классов.
Для учащихся, стремящихся поступить в лучшие колледжи, старшая школа может оказаться невероятно трудным временем. Сбалансировать спорт, внеклассные занятия, социальную жизнь и полную нагрузку самого сложного класса может показаться почти невозможным. В частности, наука в средней школе может оказаться трудоемкой, интеллектуально требовательной последовательностью курсов, которые вознаграждают часы, потраченные на лабораторные отчеты или подготовку к строгим экзаменам.
Курсы биологии в старших классах обычно сосредоточены на основных идеях, которые объединяют самые разные дисциплины. Эволюция путем естественного отбора, например, объединяет динамику ДНК и белков молекулярной биологии с непосредственно наблюдаемыми явлениями в экологии и биологии сохранения. По этой причине очень важно освоить основы на раннем этапе курса, задолго до того, как вы углубитесь в детали каждой дисциплины.
Например, понимание роли и структуры ДНК в первые недели занятий сделает изучение генетических мутаций позже намного более простым.
Такой подход требует умения определять, что важно на каждом уроке. Возможно, вам не потребуется тратить много времени на изучение подробной структуры каждого азотистого основания в нуклеотиде; однако, поскольку эти азотистые основания имеют полярные группы, они ориентированы от воды к внутренней части двойной спирали ДНК, где они образуют водородные связи друг с другом. Эта структура объясняет, почему только определенные основания могут соединяться друг с другом, и является критическим аспектом структуры ДНК для будущих исследований молекулярной генетики.
Многие учителя так долго изучают биологию, что уже не принимают осознанных решений о том, что важно, а что нет; это стало их второй натурой. В результате вы можете разочароваться в том, что ваши инструкторы, кажется, интуитивно знают, что важно, и не могут четко объяснить, почему одни факты необходимо усвоить, а не другие.
Успешное изучение биологии в старших классах важно не только для учащихся колледжа, но и для студентов, которые мечтают о карьере дипломированных медсестер или фельдшеров, а также для студентов, которые хотят успешно сдать стандартные военные экзамены, такие как Батарея профессиональных способностей вооруженных сил (АСВАБ). Для студентов, направляющихся в колледж, экзамен ACT Science представляет отрывки из прозы и данные по биологическим темам и предлагает студентам прочитать их за короткий промежуток времени, а это означает, что умение читать и понимать такой материал может быть первым шагом к успеху. Кроме того, биология как основное требование общего образования широко распространена в американских университетах.
Однако самое важное в школьной биологии — это не запоминание отдельных фактов.
Мы разбиваем темы старшей школы по биологии на ультраспецифические узлы и предоставляем модельные задачи с раскрытыми правильными ответами и полными объяснениями. Чтение типовых вопросов может помочь вам выявить закономерности в подходе к заданной теме и помочь вам определить, где вы, возможно, ошибаетесь в своем собственном взаимодействии с этой темой. Если вы чувствуете, что готовы решать некоторые практические задачи самостоятельно, не видя сразу правильный ответ, вы можете сделать это, пройдя некоторые из наших практических и диагностических тестов по биологии для старших классов. Биология в старших классах — это предмет, идеи которого в значительной степени переплетаются, и непонимание одного из них может привести к непониманию других элементов курса. Проверьте свое понимание, изучив материал, доступный на нашей странице справки по биологии для старших классов уже сегодня!
AP Biology Help
У многих простое упоминание предмета AP Biology вызывает в воображении образы сложных идей и концепций, для понимания которых могут потребоваться часы изучения.
Даже тем, кто преуспевает в науках, все равно придется потратить много времени на учебу, чтобы выучить все, что вы увидите на экзаменах в конце года. Высокие стандарты теста AP означают, что даже самые подготовленные испытуемые могут по понятным причинам найти это время года напряженным. К счастью, инструменты обучения для преподавателей университетов всегда готовы помочь. Нужны ли вам лучшие репетиторы биологии в Олбани, репетиторы биологии в Кливленде или лучшие репетиторы биологии в Хьюстоне, работа с профессионалом может вывести ваше обучение на новый уровень.
Учебные пособия университетских преподавателей тщательно разработаны и доступны по различным предметам. Все средства обучения разработаны с учетом ваших пожеланий и направлены на то, чтобы сделать подготовку к экзамену AP по биологии проще, чем вы ожидаете. Вы найдете практические тесты AP по биологии, карточки для запоминания, вопрос дня и «Учись по концепции» — интерактивную программу с примерами вопросов и пояснений.
Хорошим местом для начала подготовки к экзамену AP по биологии является Learn by Concept, инструмент обучения, который включает всю информацию, которая вам понадобится для подготовки к экзамену в конце года. Учебный план полностью интерактивен и позволяет вам просмотреть многие типы вопросов и концепций, по которым вы в конечном итоге будете тестироваться.
Однако преимущества AP Biology Learn by Concept на этом не заканчиваются. Помимо чрезвычайно полезного агрегатора всей информации, по которой вы в конечном итоге будете тестироваться, Learn by Concept также синтезирует важные идеи в вопросы, что дает вам более четкое представление о том, как на самом деле будет выглядеть тест. Вы можете просмотреть каждую категорию и ответить на вопросы для себя. Это может дать вам ценную информацию о том, насколько хорошо вы знаете определенные темы.
Являетесь ли вы студентом, который не знает, с чего именно начать свой обзор, или просто пытаетесь освежить свои знания по определенной концепции AP Biology, скорее всего, вы найдете нужную информацию в этом AP Learn by Concept. Учебный материал по биологии. Некоторые из наиболее популярных категорий включают:
— Биохимические концепции
— Клеточная биология
— ДНК, РНК и белки
— Эволюция и генетика
— Биология растений
— Системная физиология
— И многие другие.
Этот обзор теста AP Biology будет бесценен для тех из вас, кто хочет видеть всю необходимую информацию в одном месте, но также хочет видеть, какие вопросы могут быть заданы по темам на руку, а затем, как вы должны ответить на указанные вопросы. Репетиторы Varsity Tutors предлагают такие ресурсы, как практические тесты AP по биологии, помогающие в самостоятельном обучении, или вы можете подумать о репетиторах по биологии AP.
Leave A Comment