↓
 ↑
Регистрация
Имя/email

Пароль

 
Войти при помощи
Временно не работает,
как войти читайте здесь!
Три рубля
14 сентября 2016
Aa Aa
#ксенобиология #XNA

Общие положения

Когда требуется сделать форму жизни, которая в целом будет подчиняться тем же законам, что и жизнь земная, но тем не менее хочется сделать "не как у людей" — одним из самых очевидных решений является замена ДНК и РНК на родственные вещества (XNA — xeno nucleic acid, ксенонуклеиновые кислоты). Зачастую замена эта чисто косметическая, хотя бывает, что таким образом биохимия подгоняется под условия среды. Существует несколько способов сделать это:

1. Поменять нуклеотиды. Помимо пяти использующихся от природы (аденин, тимин, цитозин, гуанин и урацил) можно сконструировать великое множество дополнительных нуклеотидов, которые могут быть комплементарны вышеназванным, а могут быть комплементарны лишь друг другу. Простор для манёвра здесь очень большой, однако по сути это лишь косметический ремонт — суть не меняется. Однако, можно ввести дополнительную, шестую пару — это увеличит информационную ёмкость и позволит использовать двузначные кодоны.

2. Вариант более фундаментальной замены — поменять мономер "скелетной основы" молекулы. У земных нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) это сахар-пентоза. Можно впендюрить какое-нибудь другое вещество этой группы, можно взять сахар-треозу, сойдёт и гетероцикл, и даже какой-нибудь многоатомный спирт (разумеется, не всякий/всякая пентоза/треоза/гетероцикл/полиол подойдёт). Свойства таких соединений меняются уже в более широких пределах.

3. Замена "клея" молекулы, образующего мостики между мономерами (на нашей планете это фосфат-анион). Такая замена может радикально поменять характер молекулы с кислотного на нейтральный или даже основный.

4. Можно включить пространственное воображение и поиздеваться над формой молекулы. Навить третью цепочку, прицепить мостики к другому атому, закрутить спираль в обратную сторону — всё это возможно.

5. Если же у нуклеиновых кислот на вашей планете какие-то совершенно необыкновенные свойства, валите всё на гистоны — белки, необходимые для сборки и упаковки нитей ДНК в хромосомы.
14 сентября 2016
85 комментариев из 102
Во, Тардис наконец-то нашла, с кем потрындеть о биологии.

1. Но, если у нас, внезапно, не четыре кодирующих нуклеотида, а шесть (то бишь три пары), то всё может стать интересно из-за увеличившейся информационной емкости. К примеру, если количество аминокислот на уровне с нашим, то их, в принципе, можно кодировать не триплетом, а дуплетом (правда, избыточность слегка идет лесом, но первые организмы на матушке Земле, скорее всего, кодировали дуплетами, так что прокатит). Или, напротив, в обычный триплет запихнуть значительно больше аминокислот. Дальше, это позволяет изобрести новые фичи для регуляции экспрессии. Больше прикольных мест, чтобы сажать энхансеры и сайленсеры, больше шпилек у прокариот и прочая, прочая. Можно даже поупарываться со встречаемостью этих нуклеотидов в цепи и доступностью материалов для их постройки. Так что может быть не косметикой.
3. Особенно живым примером к этому пункту могут послужить бактерии из какого-то там феерического озера, которые, судя по всему, таки заменили фосфор мышьяком. И не только в ДНК.
4. В обратную сторону энергетически невыгодно же. Впрочем, главное, не забыть придумать, как это все адекватно будет раскручиваться, транскрибироваться и реплицироваться.
5. А если у меня бактерии, кто виноват будет? :)
Показать полностью
> Facensearo, Ламарковкая эволюция быстрее. По крайней мере именно это показывают эксперименты с генетическими алгоритмами. Кроме того наше общество, если его воспринимать как единый организм, эволюционирует именно так, по Ламарку.

Вот именно!
Но она и быстрее заводит в эволюционные тупики сверхспециализации.
Ластро
Смотри на примере нашего общества, периодические кризисы. Порой население может падать в десятки раз. Катастрофа бронзового века, Греция, Рим, Византия... в общем из тупика всегда существует выход.
Al Lastor
Выход из тупика находила не Римская культура, а кто-то там еще.
Переводя на язык эволюции, то, что выход после катастрофы нашли млекопитающие, динозавров не особо радует.
Lost-in-TARDIS

Зато позвоночным норм.
Если это дает выигрыш на микро- и макро- уровнях, средние должны пролететь, кмк.
Lost-in-TARDIS
1. Да, тут я ухами прохлопал, спасибо!
3. Было же вроде опровержение? Или это опровержение тоже опровергли?
4. Главное, чтобы эволюционно выгодно было.
5. Ну блин, у бактерий там тоже есть какие-то ассоциированные с ДНК/РНК белки, типа HU, IHF и HFQ.
Три рубля
3. Было? Последнее, что я давно слышала по теме, что им закидали радиоктивный изотоп мышьяка, и он действительно оказался в нуклеотидах.
4. На самом примитивном уровне эволюционно выгодно ну очень часто совпадает с энергетически выгодно. Хороший пример: содержание АT и ГЦ в коде по мере усложнения организмов. В принципе, конечно, можно представить, что эволюционно выгодным оказался такой код ДНК, который за счет порядка нуклеотидов стремится закрутиться в обратную сторону, но это, по-моему, накладывает ограничение на комбинации и увеличивает количество не белок кодирующего ДНК (так как требует кусков, обеспечивающих эту закрутку). А еще усложняет сплайсинг (так как эти штуки торчат регулярно посреди гена), играет с механизмами экспрессии... Можно, конечно, но тогда, как мне кажется, эти прокариоты должны будут за счет чего-то дополнительного выехать перед правозакрученными.
5. Ну да. Смайлик обозначал иронически-риторический вопрос.
Матемаг Онлайн
А почему левозакрученность менее выгодна, чем правозакрученность? Вроде бы симметрия или вылезает что-то насчёт нарушения симметрии уже из физики? Но не помню таких нарушений касательно вращения по и против.
Так, стоп, какая левозакрученность, я не уловил? Если аминокислот, то на то, что они закручены именно так, как закручены, есть причина, это не игра слепого случая.
Матемаг Онлайн
А какова она? Не думаю, что это связано со спонтанным нарушением симметрии, из-за которого вещества больше, чем антивещества - а иного подобного случая как-то не вспоминается.
Я вообще про ДНК, B и Z, если что.
Матемаг Онлайн
А у ДНК что? Почему одна закрученность более выгодна, чем другая? Они же, по идее, симметричны!
Матемаг
Насколько я знаю, дело во вращении планеты, как вода в сливе всегда раскручивается в одну сторону, так и ДНК закрутилась. И чтобы на нашей планете возникло левовращательное ДНК нужно приложить дополнительное усилие, доп. затраты энергии.
Asteroid
Эм... Тогда б она у живущих в южном полушарии было закручена влево, не?
Матемаг Онлайн
Астероид, хмммм. Чо-т я сомневаюсь, Тибериум прав, оно так не должно работать. Думаю, что-то на микроуровне, а не макрофактор, но что?
Мне просто интересно, кто из участников дискуссии преодолеет гуглень первым. *Три Рубля не в счет, конечно*
Я слишком необразован, чтобы понять то, что нагугливается. :(
Матемаг Онлайн
Лост, не я. Мне реально влом и спать хочецца.
Lost-in-TARDIS
Блин. Я думал, что "В обратную сторону энергетически невыгодно же" относится к обратному переносу информации, а Вы о левозакрученной ДНК.
Ну таки да, она напряжённая, однако если мне не изменяет память, даже в наших организмах она кое-где встречается, то есть, для решения отдельных задач годится.
Матемаг
Не, не симметричны. У ДНК вообще куча форм с разной симметрией (и без неё тоже) даже только в правозакрученном виде.
Матемаг Онлайн
В смысле, левозакрученная симметрична с правозакрученной. Если нет, то почему нет? Химически то же самое. Физической разницы не видно. Почему одна якобы энергетически выгодней другой? Выглядит бредом. И гуглень.
Матемаг
Если просто, то фосфатные остатки утыкаются друг в друга и мешаются (они одноимённо заряжены).
Молекула ДНК закручена в правостороннюю двойную спираль. Это потому, что становой хребет двойной спирали ДНК сложен исключительно из правозакрученных молекул сахара дезоксирибозы.
???
И вообще-то если нуклеотид развернуть, то совсем другой коленкор выходит.
Asteroid
Нет, не поэтому.
Матемаг Онлайн
"Если просто, то фосфатные остатки утыкаются друг в друга и мешаются."
А почему в правозакрученной не утыкаются? А если я вставлю пару молекул в центр ДНК, то остатки сместятся и левозакрученная будет тоже норм? Тогда почему она так редко встречается? И, кстати, причём тут энергетическая выгодность?
Пока что везде: "ДНК закручена вправо, потому что закручено вправо". Очень информативно.
Матемаг
Потому что у неё пространственная конфигурация другая. Нуклеотид не симметричен сам по себе, и если развернуть его другой стороной — получается совсем не то же самое.

Вообще-то и у правозакрученной спирали если нестабильные конфигурации — просто у левозакрученной нет стабильных.
Нафиг, чего только нет, и хороводы, закручивающиеся в ту же сторону что и ДНК, и какие-то мудаки, ищущие в ДНК сакральный смысл, а нужного нет. Неохота дальше рыться в помойке.
Матемаг Онлайн
Три рубля, отражаешь нуклеотид зеркально, получаешь левозакрученную. Ещё раз, почему левозакрученных мало?
Матемаг
Если ты повернёшься ко мне лицом, и если ты повернёшься ко мне задницей — это разные вещи, несмотря на то, что это один и тот же ты.
Мало их потому, что структура напряжённая.
Матемаг Онлайн
Три рубля, я и я в зеркале - это довольно похожие друг на друга чуваки. А в случае молекулы в чём разница-то будет? Серьёзно, берём и отражаем каждую молекулу в организме в зеркале. Почему такой организм не будет функционировать? Я не понимаю. Отражённые молекулы с отражёнными будут так же взаимодействовать, как обычные с обычными. Те, на которые отражение не повлияло, вроде аш-два-о - тем более. Почему у нас сейчас нет левозакрученных ДНК? Вернее, не у нас, а у организмов, построенных из отражённого набора аминокислот.
Чисто теоретически можно сделать и абсолютно зеркальную ДНК — если построить её из таутомеров всех компонентов. Но у нас-то компоненты те же самые.
Матемаг Онлайн
"Но у нас-то компоненты те же самые" - почему? Почему параллельно не живут два зеркальных вида живого?
Матемаг
Мы говорим о ДНК, которая закручена в обратную сторону при том, что её компоненты не отзеркалены, а те же самые.
Матемаг
Потому что. Вот такая эволюционная унификация.

Если серьёзно, то в природе изначально преобладают те или иные таутомеры ключевых веществ. Это так называемая "проблема хиральной чистоты".
В метеоритах встречаются аминокислоты с хиральным обогащением до 18%
Матемаг Онлайн
Три рубля, "в природе изначально преобладают те или иные таутомеры ключевых веществ" - почему? Ведь по теорверу должно быть одинаково.
Матемаг
Это и называется — проблема хиральной чистоты.

Вот почитай, например: http://scisne.net/a-1098?pg=4
Три рубля
Слишком не моя тема, нихрена не понятно. Куча незнакомых понятий забивает мозг.
Можно в двух словах?
Asteroid
А статья, меж тем, научно-популярная. Проще сказать трудно (-:
Три рубля
А ты попробуй на совсем уж детском уровне. )))
Матемаг Онлайн
Три рубля, посмотрел. Слишком тяжело для понимания нехимику и, похоже, на нашу тему не так уж и много.
Матемаг Онлайн
"А статья, меж тем, научно-популярная" - это для биологов от химиков научпоп, да? Ну может, для биологов она научно-популярная, а какие-нибудь математики или вообще чуваки без вышки вроде меня - не вкурят.
Но ведь это действительно простейший научпоп...
:-(
Кстати, кое-что из источников оттуда я пропустил, увы мне.
Lost-in-TARDIS
По поводу бактерий из озера Моно — нет у них в ДНК никакого мышьяка. До последнего сидят на фосфоре, а после перестают размножаться.
Asteroid
В обчем, под воздействием поляризованного ультрафиолета баланс аминокислот в космосе и на безатмосферных планетах смещается, и довольно сильно, в сторону "левых". А этого уже достаточно, чтобы в результате каскада реакций повысить хиральную чистоту всяческой другой органики.

По крайней мере, так гласит теория.
Три рубля
Ну вот, можешь же. )))
Вопрос: хиральная чистота, это чисто правовращательные молекулы; или любые, лишь бы все одного типа были?
Asteroid
Однотипные.
Матемаг Онлайн
"под воздействием поляризованного ультрафиолета баланс аминокислот в космосе и на безатмосферных планетах смещается, и довольно сильно, в сторону "левых"" - почему? В чём причина смещения?
Матемаг
Это ты к физикам обращайся. Надо полагать, ультрафиолет в одном направлении поляризован и преимущественно выжигает один таутомер.
Матемаг Онлайн
1) Почему он поляризован?
2) В чём специфика взаимодействия поляризованного УФ с разнохиральными молекулами? Я как-то её в упор не вижу.
Но я понял, что в итоге ответа на вопрос никому здесь не известно, потому что он относится не к биохимии.
Матемаг
2. Дык они оптически активны.

На первый вопрос ответ нагуглить надо.
Три рубля
Впервые услышал о круговой поляризации. То ли не проходили её в универе, то ли благополучно её забыл. )))
В общем, вопрос закрыт, спасибо. )))
Матемаг Онлайн
Три рубля, но с чего они по-разному оптически активны?

Надо будет почитать, да, сенкс.
Матемаг
Это, на минуточку, их фундаментальное свойство.
Матемаг Онлайн
Хмн, я в курсе, но теперь бы ещё где-то нагуглить, ПОЧЕМУ при отражении молекулы меняется оптическая активность. Грубо говоря, на пальцах. Блин. Чую я, всё это надо курить после нормального курса классической электродинамики:( Так что отложу пока:(
Ну насколько я помню из теории горения, у молекулы есть возбужденное и не возбужденное состояния. Нас интересует возбужденное, молекула переходит в него в момент получения доп. энергии, оно может быть инициировано как столкновением с другой молекулой, так и поглощением фотона - наш случай.
В возбужденном состоянии молекула находится не долго, и по итогу может произойти: испускание фотона и успокоение, разрыв связей и разрушение на составляющие, вступление в реакцию с другой молекулой.
В нашем случае, интересно - почему некоторые молекулы разрушаются, в некоторые испускают фотон. И тут я выхожу за грань своей компетенции, просто мои догадки.
Итак молекула поймала фотон, и её атомы начинают колебаться, и тут важно насколько гармонично относительно друг друга они начнут колебания. Очевидно, по разному поляризованная волна по разному будет воздействовать на атомы.
И в итоге, конфигурация атомов в молекулярной решетке при одном типе поляризации фотона имеет выше шанс разрушения, а при другом колебания атомов будут более гармоничными и шанс молекулы уцелеть, испустив фотон, выше.
Как-то так.
Матемаг Онлайн
"по разному поляризованная волна по разному будет воздействовать на атомы" - именно причина "по-разному" меня и интересует:) Как-нибудь позже вернусь к этой теме...
Матемаг
Графически я себе это представляю как не гармноичное колебание разных атомов, в следствии чего молекулу разрывает.
Найдешь чего на эту тему - пости в блог, интересно же.

Три рубля
Когда следующая порция лекции о ксеножизни будет? )))
Матемаг Онлайн
Астероид, нескоро, там же ж надо физический матан понимать сначала.
Матемаг
"Правые" и "левые" молекулы выжигаются поляризованным в соответствующем (или наоборот, не уверен точно) направлении УФ.

А если обычный свет пропустить через раствор, скажем, левой аминокислоты, на выходе получим поляризованный.
Asteroid
Фиг её знает, там иллюстрировать надо.
Матемаг Онлайн
""Правые" и "левые" молекулы выжигаются поляризованным в соответствующем (или наоборот, не уверен точно) направлении УФ" - почему? Меня интересует уже физическая картинка. Для понимания которой нужно понимать хотя бы уравнения Максвелла.
Матемаг
Потому что молекулы обратной хиральности для поляризованного света прозрачны, в то время, как сохиральные поглощают его фотоны (и разрушаются нафиг, если у фотонов достаточно энергии).
Или наоборот, сохиральные прозрачны... Но суть ты, я надеюсь, уловил.
Три рубля
Точно прозрачны, а не переиспускаются?
Матемаг Онлайн
Три рубля, я продолжу. Почему прозрачные?:) Меня именно это интересует.
Asteroid
Точно-преточно. Для того, чтобы переиспустить фотон, молекула сначала должна его поглотить, а если молекула словит фотон высокой энергии (как жёсткий УФ), то никуда она его уже не переиспустит (-: Ибо не выдержит.

Матемаг
Не знаю, мне достаточно самого этого факта. Подозреваю, что для ответа нужно влезть куда-то в электронные оболочки, так что нафиг.
Матемаг Онлайн
Три рубля, вряд ли. Электронные оболочки-то на уровне атомов, а у нас уровень молекул. Хотя... там же связь... как там её... ковалентная, а не ионная, т.е., обобществлённые электроны. Хм. Хз, наверное, туда. Как бы не оказалось, что этот вопрос слишком сложен из-за того что напрямую не применишь уравнения квантмеха к сложным молекулам.
Матемаг
Тащемта, у молекул обобществлённая электронная оболочка. Что ионная связь, что ковалентная.
Матемаг Онлайн
Ионная тоже? А я уже забыл. Химия так давно была... в школе.
Матемаг
То, что электроны не обобществляются, не отменяет того, что электронная оболочка молекулы не равна сумме электронных оболочек атомов.

Впрочем, в растворе каждый ион по сути сам по себе.
Кому надо, стучитесь ко мне в личку за таблицей комплементарности нуклеотидов.
Обозначения:
"-" — некомплементарны
"+" — 2 водородных связи
"++" — 3 водородных связи

Птеридиновые и пиразиновые я пока не трогаю, отличия там мало, а тривиальных названий у них нет.
Матемаг Онлайн
?
Матемаг
Субпродукты работы над следующим постом.
Нещитово. Это катализатор для создания кремнийорганических веществ — но получаемое вещество нафиг организму не нужно.
Три рубля
ОК. Поверю специалисту.
Блин, полгода уже прошло, а я всё копаюсь О.о
Три рубля
А я всё ещё подписан. )))
ПОИСК
ФАНФИКОВ











Закрыть
Закрыть
Закрыть