Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Большинство биологических реакций полимеризации протекает путем соединения двух молекул с кажущимся отщеплением молекулы воды. Эти реакции совершенно ошибочно называют реакциями конденсации с отщеплением воды из-за того, что суммарное уравнение выглядит
следующим образом: Н О
н о
II
II
R—с—С—ОН +• R—С—С—ОН ->
Аминокислота
N
НО НО
II
II
-> R—С—С—N—С—С—ОН + НОН
Дипептид
Вода
Действительно, для того чтобы соединились две молекулы аминокислоты, необходимо удалить молекулу воды. Дело, однако, в том, что в нашем первичном водоеме аминокислоты и другие предшественники находятся в исключительно разбавленном водном растворе. Вода же присутствует в таком колоссальном избытке, что здесь едва ли могла протекать эта или какая-либо другая реакция конденсации с отщеплением воды. В принципе с подобной трудностью сталкиваются и в синтезе полинуклеотидов, и в синтезе полисахаридов, но мы рассмотрим все на примере синтеза полипептидов.
Известны три способа преодоления трудностей, связанных с водой: воду можно удалить высушиванием, аминокислоты можно перевес™ в химически рсакционноспо-собную форму и активированные аминокислоты можно заставить соединяться с помощью ферментов.
Несмотря на то что большое число протоклеток часто подвергалось попеременному высушиванию и увлажнению, относительные концентрации аминокислот внутри протоклеток оставались очень незначительными. Тем не менее мы все-таки допускаем, что в какой-то степени синтез полимеров мог происходить благодаря высушиванию.
Гипотеза, предполагающая участие ферментов, кажется несостоятельной, во-первых, потому, что в тот ранний период ферментативные активности, носителями которых являлись белки со случайной последовательностью аминокислот, были очень слабыми и, во-вторых, потому, что все известные ферменты не соединяют аминокислоты, а превращают их сначала в реакционноспособные формы, которые затем конденсируются.
Остается единственная возможность — сделать аминокислоты реакционноспособными. В условиях Земли основной механизм, с помощью которого малые органические молекулы можно сделать реакционноспособными в водном растворе, заключается в соединении этих молекул с различными формами фосфата.
При переносе фосфатной группы энергия высвобождается или поглощается, поэтому в биологических системах благодаря таким переносам энергия запасается и затем используется в реакциях конденсации или в обмене веществ. В настоящее время высокоэнергетические связи, образуемые между фосфатами и органическими соединениями, обеспечивают протекание всех биологических реакций. Не исключено, что это было справедливо и для протоклеток.
Разберем простой пример использования реакций конденсации с активацией фосфатом и один'возможный путь образования высокоэнергетических фосфатов.
Рассмотрим соединение, называемое пирофосфатом
0 О
II II
НО-Р-О—Р-ОН,
1 I
ОН он
которое для краткости будем обозначать Р—Р. Связь между двумя фосфатами содержит потенциальную химическую энергию, которая может высвобождаться для активации органических соединений. Например, простехгаая аминокислота глицин может быть активирована следующим образом:
ОРГАНИЧЕСКИЙ аВТОМАТЫ 109
--------------ГУ
н о
н о
N
N
Глицин
Пирофосфат Фосфорный эфир Неорганичес-глицина кий фосфат
При переносе фосфата на глицин часть энергии теряется, но сложноэфирная связь фосфата и глицина содержит более чем достаточно энергии для проведения реакции:
Глицин—Р + Глицин—Р -> Глицил—глицин—Р + Р|.
Две активированные Диглицин Неоргани-
молекулы глицина ческий
Следует отметить, что диглицин остается в активированном состоянии и при этом исключается реакция конденсации с отщеплением воды, так как в данной реакции участвуют активированные молекулы аминокислоты и происходит перенос фосфата. Очень многие малые органические биомолекулы способны легко вступать почти во все реакции в присутствии больших количеств воды в том и только в том случае, когда они активированы фосфатом. Общий вывод заключается в следующем:
Синтез полимеров в протоклетках обеспечивали активированные фосфатом промежуточные соединения.
Реакции конденсации с отщеплением воды не свойственны современным биохимическим процессам, и, по-видимому, это правило следует отнести и к тем временам, когда существовали протоклетки. Реакции с переносом фосфата и сейчас, и тогда составляли единственный путь осуществления конденсаций в богатом водой окружении.
