Скористайтеся пошуком, наприклад Реферат        Грубий пошук Точний пошук
Вхід в абонемент





який є смертельною отрутою для сучасної біосфери, на первинній Землі, імовірно, був дуже поширеною сполукою і віді гра вав важливу роль в абіогенних процесах. Результати спектроскопічних досліджень свідчать про те, що він входить і до складу комет. Згідно з останніми радіоастрономічними даними, HCN поширений також у міжзоряному просторі.

Завдяки різноманітним реакціям, джерелом яких був HCN, його похідні і деякі інші сполуки, в умовах, що наближалися до умов первісної Землі, було отримано аденін, гуанін, урацил і цитозин. При цьому найлегше синтезується аденін.

Одним з перших досягнень у синтезі пуринів у можливих первинних умовах Землі була робота Хуана Оро з університету Х'юстона, який шляхом термічного впливу на ціаністий амоній одержав аденін.

Якщо уважно розглянути молекулу аденін а, про склад якої дає уявлення емпірична формула C5H5N5, можна встановити, що він являє собою пентамер ціаністого водню, тобто з 5-й молекул HCN утворюється одна молекула C5H5N5. Ймовірно, що спочатку з 4-х молекул ціаністого водню (HCN) виникає його тетрамер C4H4N4 (діаміномалеонітрил). Ця сполука є важливим проміжним продуктом у багатьох реакціях, що приводять до синтезу азотистих основ. Виявилося, що під дією світла може відбуватися перебудова молекули C4H4N4 із приєднанням ще однієї молекули HCN, у результаті чого утворюється аденін.

Трохи іншим шляхом можна одержати іншу азотисту основу, яка входить до складу нуклеотидів, — гуанін. Вихідним продуктом для його синтезу є той же діаміно-малеонітрил (C4H4N4). Але в даному випадку вдаються до реакції гідролізу за участю ціаногена (C2N2).

Складніше із синтезом піримідинів (тиміну, урацилу і цитозину), однак певного успіху досягнуто й тут. Так, Оро вдалося синтезувати урацил шляхом взаємодії аміачного розчину сечовини зі сполуками, які виникають із простих газів під впливом електричних розрядів. Л. Оргель синтезував цитозин, нагріваючи разом сечовину і ціаноацетилен (C3HN), який утворюється, у свою чергу, у результаті впливу електричного розряду на суміш метану й азоту.

Азотисті основи (аденін, гуанін, тимін, урацил і цитозин), з'єднуючись з пентозами (рибозою або дезоксирибозою), утворюють нуклеозиди. Останні, у свою чергу, з'єднуючись з фосфорною кислотою, утворюють нуклеотиди. У результаті приєднання аденіну до рибози утворюється аденозин. Із нього після приєднання до молекули "хвоста", який складається із трьох фосфатних груп, утворюється аденозинтрифосфат (АТФ).

Слід зауважити, що для поєднання із трифосфатом у процесі абіогенезу було вибрано саме аденозин, а не який-небудь інший нуклеозид. Немає ніяких явних вказівок на те, що АТФ пристосований для збереження енергії краще, ніж ГТФ (гуанозинтри-фосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат), ТТФ (тимідинтрифосфат) чи УТФ (уридин-трифосфат). Можливо, що аденін використовувався для синтезу енергозберігаючої сполуки саме тому, що він був компонентом первинного "бульйону" у більш високій концентрації, оскільки синтез його відносно простий.

Підбиваючи підсумок, можна сказати, що подібні результати, які підтверджують теорію абіогенного утворення найпростіших органічних сполук, були отримані в усіх вищенаведених та інших експериментах. При цьому виявилося, що із суміші газів (N, Н2, CO, CO., NH3, СН4, H2S) і водяної пари спершу утворяться високоактивні проміжні сполуки, такі, як ціаністий водень (HCN), формальдегід (НСОН), ціаноген (CjNj) та ін., а вже потім із цих сполук утворяться в результаті хімічної еволюції мономери біологічних полімерів; саме вони і становили вміст "первинного бульйону" на нашій планеті. Звідси випливає, що виникнення "первинного бульйону" — не випадковість, а закономірність. На планеті з оптимальною температурою, достатньою кількістю води та атмосферою, що складається із найбільш розповсюджених у Всесвіті газів, "первинний бульйон" повинен був виникати в 100 випадках зі 100.

На цьому закінчується 1-й етап хімічної еволюції. Наступна фаза — утворення полімерів, оскільки амінокислоти, жирні кислоти, цукри та азотисті основи — це ще не життя.

Другий етап — утворення біополімерів. Наступним кроком еволюції було утворення з малих органічних мономерів крупніших — полімерів, схожих на білки та нуклеїнові кислоти.

Білкові молекули й молекули нуклеїнових кислот — найскладніші з біологічних полімерів. їх синтез у клітині являє собою багатоступінчастий ферментативний процес, який відбувається зі споживанням енергії. Джерелом енергії є АТФ (або ГТФ у деяких реакціях синтезу білка). Навряд чи можна вважати ймовірною раптову появу в процесі хімічної еволюції одиничної молекули нуклеїнової кислоти або таку ж появу молекули білка. Тільки сполуки, які виникали у великих кількостях, могли стати основою для подальшого розвитку. Крім того, ці сполуки звичайно ж не були настільки складними, як сучасні білки й нуклеїнові кислоти. Поява великих органічних молекул — важлива подія в хімічній еволюції, що передувала появі життя на Землі, — була, очевидно, також багатоступінчастим процесом.

Аналіз цього етапу в експериментальному й виглядає набагато бідніше, хоч і тут є деякі моделі. Цей цикл експериментів пов'язаний з конденсацією або полімеризацією мономерів з метою одержання більш крупних молекул. Як відомо, ці реакції відбуваються з виділенням води, тобто супроводжуються дегідратацією. Так, наприклад, при поєднанні (конденсації) амінокислот у поліпептидний ланцюжок (первинна структура білкової молекули) за місцем утворення пептидного зв'язку (зв'язок між карбоксильною групою й аміногрупою) відбувається виділення молекули води. Коли утворюється нуклеїнова кислота, то відбувається аналогічний процес: фосфат з'єднується із цукрами, а цукри — з основою, при цьому виділяється молекула води. Оскільки для синтезу полімеру необхідно швидше видалити воду, то, імовірно, найлегше це зробити шляхом нагрівання суміші амінокислот. Такий же процес можливий і при утворенні нуклеїнової кислоти: суміш основи й цукрів нагрівається, що спричинює їх дегідратацію і приводить до утворення нуклеозиду. Подібним же чином, нагріваючи нуклеозид і фосфат, можна одержати нуклеотид.

Для первинної Землі така послідовність подій цілком імовірна. Першим, хто звернув на це увагу, був англійський фізик Дж. Бернал. На його думку, морські лагуни, що періодично пересихають, могли бути ідеальним місцем для утворення великих молекул. Вплив сонячного випромінювання на органічний матеріал, адсорбований на мулистому дні лагун, призводив до його дегідратації. Полімери, які виникали при цьому, змивалися потім водою в океан. Подібні реакції могли відбуватися вздовж усієї прибережної смуги.

Одна з найбільш вдалих моделей цього етапу належить С. Фоксу, який у результаті нагрівання суміші сухих амінокислот одержав поліпептиди різної довжини. Вони дістали назву "протеїноїдів", тобто попередників білків. Отримані поліпептиди можна було потім розчиняти у воді; при цьому вони залишалися стабільними. В одному з експериментів Фокс замість колби використав видовбаний шматок вулканічної лави. Вихід пептидів при цьому досягав 40 % від початкової кількості амінокислот. На переконання Фокса, центрами виникнення життя на цьому етапі були гарячі, сухі вулканічні райони, яких на той час на Землі було багато. Гарячі схили вулканів покривалися кіркою органічних речовин; дощ змивав пептиди, які утворювалися, в океан. Навряд чи первинний океан нагадував сучасний, якщо порівнювати глибини . Води на первинній Землі було, швидше за все, мало, такий океан могла б перебрести і курка. Саме незначна кількість води забезпечила високу концентрацію низькомолекулярних речовин у "первинному бульйоні" і зробила ймовірною їх взаємодію.

Якщо для утворення простих органічних речовин необхідні були досить могутні джерела енергії, то для утворення полімерів достатньо було простого нагрівання. Однак для реакції полімеризації необхідні каталізатори. У клітині цю роль виконують ферменти. Було висловлено припущення, що каталізаторами в процесі синтезу полімерів на первинній Землі могли бути поверхні мінеральних глин. Експериментально було доведено, що розчин амінокислоти аланіну у водному середовищі за присутності особливого виду глинозему й АТФ може давати полімерні ланцюжки поліаланіну.

Таким чином на давній Землі могли утворитися поліпептиди. Деякі з них були, можливо, каталітично активними. Однак це могло і не мати безпосереднього стосунку до виникнення життя, оскільки поліпептиди не мають здатності до самовідтворення, що є найбільш важливою ознакою живого. Ця властивість є, як відомо, у нуклеїнових кислот, які здатні до реплікації.

Були спроби синтезувати нуклеїнові кислоти неферментативним способом. Вихідною речовиною для цього були високоенергетичні фосфати. Завдяки цим сполукам вдалося одержати полінуклеотиди навіть при помірних температурах. Деякі реакції проводилися при температурі 150-160 °С, але полімеризація відбувалася навіть при температурі 65 °С.

Цікавими виявилися експерименти, коли в середовищі, що містить солі фосфорної кислоти (фосфати) і рибонуклеотиди у високих концентраціях, спонтанно синтезуються короткі полірибонуклеотиди. Також спонтанно, шляхом спарювання комплементарних основ, можуть утворитися РНК-копії. Обидві ці реакції протікають без участі ферментів чи інших білків. Звідси випливало, що РНК може виявляти власну каталітичну активність, що й підтвердив американський біохімік Т. Чек, який відкрив у 1982 р. каталітичні властивості РНК.

Поки що важко встановити, як могла виникнути ДНК. Ця органічна речовина пристосована краще, ніж РНК, до довгострокового зберігання інформації. В усякому разі відомо, що відсутність кисню в 2-положенні дезоксирибози робить молекулу ДНК більш стійкою, на відміну від РНК, до гідролітичного розщеплення в слаболужних водних розчинах, а саме такі розчини були в первинних водоймах і збереглися в сучасних клітинах. Крім того, наявність двох


Сторінки: 1 2 3