Эволюция биоэнергетических процессов - Брода Э.
Скачать (прямая ссылка):
AG=—nFE (4.3)
в случае, если Н2 стоит в левой части химического уравнения, как в нашем примере. F — фарадей, п—количество электрохимических эквивалентов. В физико-химических стандартных условиях (298 К, в другой половине элемента нормальный водородный электрод, Рн =1 атм, рН=0) мы имеем уравнение
AG0=nFE0. (4.4)
Если реакция протекает в физиологических стандартных условиях (рН = 7), разница потенциалов по отношению к нормальному водородному электроду (Е ) дается уравнением
?;=—(0,0434AG0/rt)— 0,414 (4.5)
(величина G выражена в килокалориях, Е — в вольтах; [323, 487]). В нашем примере при п = 2
Е'0=— 0,19V. (4.6)
д. образование макромолекул
Следует отметить еще один важный класс реакций — это реакции полимеризации, особенно полимеризации Сахаров, аминокислот и нуклеотидов с образованием полимерных углеводов, белков и нуклеиновых кислот (последние две группы являются информационными макромолекулами). Непосредственная конденсация в разбавленном водном растворе при обычной температуре идет с затратой энергии. В качестве типичного примера реакции конденсации приведем конденсацию аминокислот с образованием пептидов (более простые гомологи белков); при этом образуется вода. Как правило, в стандартных условиях для этой реакции требуется
Происхождение жизни
51
свободная энергия, равная 1,5—4 ккал/моль. Таким образом, конденсация свободных аминокислот в воде при обычных условиях идет в небольшой степени (несколько процентов).
Тем не менее были высказаны гипотезы, в которых предлагались различные специальные механизмы синтеза белка [626, 982, 1124]|. Возможно, полимеры, содержащие предшественники аминокислот, образовывались в одноступенчатом процессе при нагревании смеси HCN + NH3 или при воздействии электрических разрядов на смесь CH4+NH3 [1222— 1225, 1452]. При этом не предполагалось, что в качестве промежуточных соединений в заметных количествах образовывались мономеры, но при гидролизе возникающих полимеров были получены многие аминокислоты.
Другая возможность состоит в том, что вещества со сродством к воде отнимали молекулы воды от мономеров путем специфических взаимодействий даже в водной среде. Конденсирующими агентами для синтеза пептидов могли быть цианат, цианамид и родственные соединения [181, 336, 338, 581, 903, 982, 1270, 1271, 1457, 1792—1795]. Интересно, что конденсация, а также синтез мономеров могут вызываться ультрафиолетовым светом [1239, 1452, 1457, 1458, 1528, 1794]. Пирофосфат (или, в более общей форме, полифосфат) тоже мог служить конденсирующим агентом [1270, 1500, 1501]'. Это соединение было получено в различных довольно вероятных абиотических реакциях [581, 1167, 1272, 1348]. В этой связи возникает проблема, каким образом фосфор, содержащийся в нерастворимых фосфатах (а большая часть этого элемента и должна была содержаться именно в них) мог вовлекаться в реакции [1671, 1672, 1675].
Повышенные концентрации, как правило, способствуют протеканию реакций конденсации [1270]. В частности, полагают, что эти реакции протекали после адсорбции конденсирующихся веществ горными породами. Адсорбентами, а также катализаторами полимеризации могли служить и глины [18, 204, 205, 465, 982]!. Наиболее подробные исследования по этим вопросам были проведены Качальским и его сотрудниками [959, 1392, 1389, 1390, 1391, 1393]. В присутствии глинистого минерала монтмориллонита из водных растворов смешанных ангидридов аминокислот и адениловой кислоты (АМФ, см. 6, А) получены довольно длинные полипептидные молекулы. Если при этом присутствовал еще и цеолит, синтез мог начинаться со свободной аминокислоты и АТФ (6, А). Следует, однако, отметить одно затруднение, связанное с процессами, протекающими при участии нуклеотидов, а именно что эти соединения могли отсутствовать в первичном бульоне. Подобные абиосинтезы аденилата или других нук-
52
Глава 4
леозидмонофосфатов [180, 368, 1167, 1270, 1456, 1500, 1673, 1674, 1794] в целом дали лишь очень скромные результаты [1124]. Не удивительно, что это в равной мере справедливо и по отношению к абиосинтезу нуклеозидполифосфатов, например АТФ [1458, 1594, 1936];.
Вряд ли неудачи в подобных экспериментах объясняются методическими погрешностями. В организмах все информационные макромолекулы создаются с помощью ферментов при участии нуклеотидтрифосфатов. Но все эти процессы так тонко подогнаны друг к другу, что для абиотического синтеза макромолекул в разумных количествах требуется действие специфических катализаторов. Естественно, что теперь они всегда синтезируются только ферментативным путем. Таким образом, нуклеотиды не могли образоваться при слепом воздействии энергии на первичный бульон. Вряд ли они явились продуктами химической (абиотической) эволюции. Скорее нуклеотиды были «сконструированы» на более поздних стадиях, в эволюции живой материи. Существование в пер* вичном бульоне соединений, относящихся к классу их предшественников— полифосфатов, включая пирофосфат, можно считать вполне вероятным [1122]. О полифосфатах как конденсирующих агентах мы уже говорили. О пирофосфате бу< дет сказано подробнее в последующих главах (6, В; 8, 3).
