Странные свойства протоклеток

[Vladimir Matveev]

Калиевые пруды и натриевые океаны. Физические свойства протоклеток и происхождение внутриклеточной среды

Аннотация. Появившееся недавно предположение о калиевых прудах, как о колыбелях жизни, обогащают палитру идей о возможных условиях предбиологической эволюции на первобытной Земле, но не приближают нас к решению проблемы происхождения жизни в целом. Суть проблемы – в механизме разграничения двух сред, внутриклеточной среды и среды обитания протоклеток. Со времени открытия насосной функции Na, K-АТФазы так и не было найдено модели, которая могла бы рассматриваться в качестве предка современной натриевой помпы, что и вызвало к жизни идею калиевого пруда. Кризис современной методологии настолько глубок, что сталкивается даже с логическими противоречиями при попытке объяснить происхождение первой живой клетки. Одно из них состоит в том, что законы физики запрещают возникновение в термодинамически равновесной системе (пруд) неравновесной подсистемы (протоклетки). Имеющиеся подходы к решению проблемы происхождения жизни полностью игнорируют необходимость детального изучения клеточных моделей. Так, свойства микросфер Сиднея Фокса оказались несовместимыми с общепринятыми представлениями о функционировании живой клетки. Например, мы сталкиваемся со следующим парадоксом: математическая модель потенциала действия Ходжкина-Хаксли оказалась одинаково хорошо совместимой и с нервной клеткой и с микросферами Фокса, также способными генерировать потенциал действия. Цель настоящей статьи – предельно обнажить противоречия, возникающие при попытке объяснить происхождение протоклеток на основе сложившихся представлений о клетках живых. Ставится вопрос о необходимости значительного расширения сравнительных исследований живых клеток и их моделей.

Полный текст дискуссионной статьи: http://www.biophys.ru/sci-hyde-park/94- ... atveev-1st
Приглашаю обсудить эту статью на сайте: http://www.biophys.ru/sci-hyde-park

[chaus]

Иными словами, объясняете различие pK вне и внутри "предживой" единицы избирательной способностью к ионному обмену той субстанции, из которой эти "предживые" единицы сделаны?

[Vladimir Matveev]

Иными словами, объясняете различие pK вне и внутри "предживой" единицы избирательной способностью к ионному обмену той субстанции, из которой эти "предживые" единицы сделаны?

А разве могут быть другие объяснения?

[chaus]

Во всяком случае, это первое, что напрашивается с точки зрения химика.

[Vladimir Matveev]

Во всяком случае, это первое, что напрашивается с точки зрения химика.

Совершенно верно. Остается вопрос: почему такое объяснение НЕ напрашивается, когда говорят о живой клетке. Там белки другие? Химия другая? Физика другая?
Разумеется, это вопросы не к Вам...

[chaus]

По-видимому, наиболее очевидное объяснение (про клеточную мембрану и регуляторы pK/pNa) принимается за исчерпывающее. Обычное дело даже для сравнительно простых явлений в хорошо проработанных областях науки, как то: физика.

[Vladimir Matveev]

По-видимому, наиболее очевидное объяснение (про клеточную мембрану и регуляторы pK/pNa) принимается за исчерпывающее.

Тогда почему потенциал действия в протоклетке не отличается от потенциала действия нейрона (ни качественно, ни количественно) и описывается одной и той же моделью - Ходжкина-Хаксли (рис.1)? В протоклетке нет ни мембраны, ни ионных насосов.

[chaus]

Тогда почему потенциал действия в протоклетке не отличается от потенциала действия нейрона (ни качественно, ни количественно) и описывается одной и той же моделью - Ходжкина-Хаксли (рис.1)?

Это уже вопрос к тем авторам (биофизикам), которые утверждают применимость этой модели...

[Vladimir Matveev]

Основной вопрос науки о происхождении жизни: мембрана или биофаза?

Матвеев В.В. 2016. Сравнение фундаментальных физических свойств клеточных моделей (протоклеток) и живых клеток свидетельствует о необходимости новой научной дисциплины – протофизиологии.

Полный текст статьи: http://www.bioparadigma.spb.ru/files/Ma ... gy.Rus.pdf
Буду признателен коллегам за комментарии и критические замечания.

[Polychemist]

Мне кажется, не надо вообще так уж активно противопоставлять фосфолипидные мембраны (объективно существующие и работающие) и "биофазу". Я использую кавычки не из-за неверия в это явление, просто не нравится термин. Я классический полимерщик и понимаю, что полимерный клубок в хорошем растворителе - это нечто особое без всякого "био". Хорошо известно, что при ассоциации макромолекул за счёт водородных/ионных связей эти клубки могут достигать микронных размеров. При этом где-то на 95+% это будет вода. Но, естественно, наличие полимерных цепей, затрудняющих диффузию других полимеров/олигомеров, делает клубок отличным от просто воды. Ну и сами полимерные цепи отнюдь не нейтральны. Т.е. да, мы имеем кусочек не совсем воды, где могут происходить всякие интересные процессы самоорганизации и т.п. И очень возможно, что так и начиналась жизнь, мембрана потом подтянулась.

[Vladimir Matveev]

Если фаза сделал жизнь возможной, о зачем менять ее на мембрану? У этих моделей совершенно разная физика. Сейчас невозможно отрицать фазовые свойства современных клеток.

[Polychemist]

Сейчас невозможно отрицать существование клеточных мембран. Значит они зачем-то нужны.

[Vladimir Matveev]

Никто и не отрицает существования мембран, но зачем они нужны на самом деле? Если микросферы Фокса способны накапливать ионы К+, то почему живые клетки не способны накапливать этот ион с помощью того же механизма - селективной адсорбции? Если интересно, просмотрите некоторые статьи Эдельмана: http://www.bioparadigma.spb.ru/edelmann.htm

Иконы тоже существуют, но их существование не доказывает бытия Божия...

[Polychemist]

Никто и не отрицает существования мембран, но зачем они нужны на самом деле?

Да хотя бы чтобы не расползалось содержимое клетки в разные стороны. Ну и трансмембранный транспорт вполне может быть с участием селективной адсорбции - градиентный транспорт через не очень специфичную пору. Как уж там с натрием/калием, насколько насос доказан - не знаю, не специалист. Но то, что некий механизм трансмембранного транспорта есть - это очевидно, раз уж мы согласились с существованием мембран.

Иконы тоже существуют, но их существование не доказывает бытия Божия...

Их существование доказывает лишь наличие верующих людей, которые их написали. А мембраны никто не "рисует", они просто есть.

[Vladimir Matveev]

То, что Вы написали о мембранах, действительно очевидно, но в литературе им приписывают ряд свойств без которых жизнь клетки вообще становится невозможной. Прежде всего речь идет о 4-х фундаментальных физических свойствах клетки, если Вы читали мою статью. Речь не идет о том, что на поверхности раздела фаз действуют определенные силы и формируются определенные структуры независимо от того живая ли это клетка или полимерная фаза. Сейчас вопрос стоит так: мембрана разделяет два раствора или она образовалась на поверхности раздела фаз? Согласно последнему подходу, сорбционные свойства белков зависят не от того, где они расположены (в мембране или нет), а от их аминокислотного состава и структуры. Основой основ биомембраны считают липиды, но есть мембраны (внутренняя мембрана митохондрий), в которых липидов 30% и меньше. При всем желании они не в состоянии образовать СПЛОШНОГО липидного бислоя. Значит, липидная составляющая не является принципиально необходимой для образования, существования и функционирования мембраны. Этого положения не может принять ни один физиолог или биофизик клетки.

Лучше помогите мне советом как полимерщик. По каким признакам мы можем определить, что раствор полимера является фазой?

[uchebnik fiziki]

При всем желании они не в состоянии образовать СПЛОШНОГО липидного бислоя. Значит, липидная составляющая не является принципиально необходимой для образования, существования и функционирования мембраны.

Нет, не значит. Мало того, что вы не уточняете, что в вашем понимании является липидами (холестерин -- липид?), но и второе утверждение никоим образом не следует из первого.

[Vladimir Matveev]

При всем желании они не в состоянии образовать СПЛОШНОГО липидного бислоя. Значит, липидная составляющая не является принципиально необходимой для образования, существования и функционирования мембраны.

Нет, не значит. Мало того, что вы не уточняете, что в вашем понимании является липидами (холестерин -- липид?), но и второе утверждение никоим образом не следует из первого.

В приложенной статье на стр. 225 приведена модель внутренней мембраны митохондрий, содержащей только 30% липидов.
Буду Вам признателен за статьи, в которых эта модель была опровергнута.

[uchebnik fiziki]

А зачем её опровергать? Вы-то утверждаете совершенно другое.

[Vladimir Matveev]

Я утверждаю, что во внутренней мембране митохондрий не может быть сплошного липидного слоя, как полагается классической мембране. Модель Sjostrand подтверждает это. Что ДРУГОЕ я утверждаю?

[uchebnik fiziki]

Значит, липидная составляющая не является принципиально необходимой для образования, существования и функционирования мембраны.