Мог ли основой жизни стать другой набор аминокислот?

Современной науке известно уже более 500 различных аминокислот. В составе же живых организмов используются только 22 из них. В том числе 9 обязательно, 11 часто, и две – эпизодически. Соответственно, возникает вопрос, чем обусловлен данный выбор, мог ли он быть иным, – и что, если бы иным он и оказался. Могут ли, например, инопланетные организмы оказаться несъедобными, поскольку их белки состоят из других аминокислот?..

Это – хорошие, правильные вопросы. В отличие от вопроса заданного в комментарии. Он только хороший, но при этом – неправильный. Ошибка допущена в формулировке.

Белки – полимеры на основе аминокислот. Но кодируют синтез белков в живых организмах – нуклеотиды. Точнее, нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК. Сами они при этом из аминокислот не состоят. Упомянуты в комментарии аденин, гуанин, цитозин и тимин (в случае РНК тимин заменяется урацилом) – азотистые основания. Это молекулы, соединяющиеся с молекулами сахаров – рибозы и дезоксирибозы. И урацил отличается от тимина тем, что с дезоксирибозой не дружит, тогда как тимин не реагирует, напротив, с рибозой. Разъёмы же остальных – универсальные.

...Соединившись с молекулой сахара, молекула азотистого основания образует нуклеозид, – например, аденозин, если брать аденин в качестве основания. Нуклеозид же, соединяясь с фосфатной группой, становится нуклеотидом, – «звеном» цепочки нуклеиновой макромолекулы. Всё это очень сложно, – даже в школе специально учат, – но, к счастью, не требует в контексте обсуждаемой проблемы ни запоминания, ни понимания.

К делу же относится тот факт, что в генетическом коде каждое из звеньев, – а различаются они азотистыми основаниями, – можно трактовать, как «букву». Букв, соответственно, четыре (урацил в РНК читается, как тимин в ДНК). Каждые же три буквы образуют слово, кодирующее синтез аминокислоты… Почему, и как это работает, – правильные вопросы, на которые биохимия когда-нибудь непременно ответит.

Четыре основания в перестановках по три образуют 64 возможных слова. Но при этом, не все кодоны работают, как слова. Часть выполняет функции знаков препинания, показывая тонким химическим процессам откуда считать трёхбуквенные комбинации и вообще, читать ли, или же тут «рыбу заворачивали». А иногда, и как читать. Наконец «знаки препинания» формируют из слов «фразу» – ген, кодирующий синтез уже определённого белка.

Однако, гены – отдельный вопрос. Сейчас речь об аминокислотах. О них же известно, что доступных комбинаций кодонов, за вычетом синонимов и знаков препинания, достаточно для записи только 20 разных, обозначающих аминокислоты, «слов». Упомянутое выше «как читать», даёт ещё только две аминокислоты дополнительно.

...То есть, ответы на вопросы, почему в состав живых организмов входит только 20 аминокислот, и мог ли набор быть другим, – известны. Нет, – могло быть только так, как есть. ДНК кодирует синтез только 20-22 аминокислот из, минимум, 500 существующих, потому что способна кодировать только эти, только в таком количестве. Всё упирается в ограниченный набор букв.

Следующий вопрос очевиден: могли ли другими быть «буквы» – азотистые основания? Но ответ на него также будет отрицательным. Макромолекула РНК – полимер, в синтезе которого участвуют только некоторые из несчётного многообразия высокомолекулярных соединений. Ничего, кроме аденина, гуанина, цитозина и урацила к ней просто «не липнет».

Соответственно, для «других букв», и косвенно других аминокислот, потребуется прежде всего другая автокаталитическая макромолекула. Теория не отрицает возможности существования таковых. Но рассуждения на данную тему лишены смысла, поскольку совершенно не очевидно, что альтернативная автокаталитическая молекула вообще будет оперировать аминокислотами, сочиняя из них белки.

...Что же касается букв наличествующих, эксперименты показали способность синтетической РНК сохранять свойства при сокращении разнообразия доступных оснований до трёх, и даже до двух любых. Оставление одного уничтожает сам смысл «генетического кода». Но подобное возможно только в лабораторных условиях. Все основания производятся в одних и тех же процессах, в одних условиях, так что, в природе они будет присутствовать в полном ассортименте.

Отдельной и интересной проблемой является существование «неканонических» кодонов. То есть, упоминавшихся выше двух бонусных аминокислот (селеноцистеин и пирролизин), иногда синтезирующихся некоторыми организмами. Сам по себе данный факт указывает, что ограничения, наложенные бедностью лексики, в принципе, преодолимы. Однако, серьёзно над их преодолением в природе никто не работал.

Теоретически дополнительные аминокислоты позволят производить белки с новыми и, может быть, интересными свойствами. Но свойства «интересными» быть только могут, с точки же зрения живых организмов полезнее унификация запчастей. В увеличении разнообразия аминокислот жизнь не проявила заинтересованности, ввиду возможности создания почти неисчерпаемого разнообразия белков на базе только 20 из них.