Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время в разных лабораториях осуществлен абиогенный синтез многих биологически важных мономеров. Большая информация получена относительно абиогенного синтеза аминокислот (табл. 16). Перечисленные в таблице аминокислоты образуются в простых по составу газовых или водных смесях в результате воздействия на них разными источниками энергии. При некотором усложнении реакционной смеси введением в нее C2-, Сз-углеводородов, уксусного альдегида, гидроксиламина, гидразина и других соединений, образование которых легко происходит в условиях первобытной Земли, синтезируется значительно большее число аминокислот, в том числе и таких, которые не были обнаружены в качестве продуктов реакции в газообразных и водных смесях простого состава. К настоящему времени экспериментально доказано, что почти все аминокислоты, входящие в состав природных белков, можно получить в лаборатории при имитации условий первобытной Земли.
166
Таблица 16
Абиогенный синтез аминокислот
Реагирующие вещества Фаза Источник энергии Обнаруженные аминокислоты CH4, NH3, H2, H2O газовая электрические разряды аспарагиновая, аланин, глицин, диаминоянтар- CO2, NH3, H2, H2O та же тот же ная, валин, гистидин, пролин, лизин, серин, аспарагин, аргинин, ор-нитин, глутамйновая, цистеин, таурин, циста мин CH4, NH3, H2O, H2, CO2, СО, N2 » рентгеновские лучи
CH4, NH3, H2O » ультрафиолет NH3, HCN, H2O водная тепло (70°) CH4, NH3, H2O газовая ?-лучи CH2O, N2, H2O водная солнечный свет H2S, NH3, H2O та же быстрые электроны В разных условиях и при воздействии разными источниками энергии из формальдегида абиогенным 'путем удалось синтезировать приблизительно 30 видов моносахаров (гекеоз, пентоз, тетроз, триоз). Абиогенный синтез низших жирных кислот был обнаружен уже в опытах С. Миллера. Синтез жирных кислот, содержащих до 12 углеродных атомов, продемонстрирован после воздействия электрическими разрядами на смесь метана и воды. Неясным пока остается образование высших жирных кислот — компонентов биологических мембран. Абиогенное образование пуриновых оснований ввиду относительной сложности строения их молекулы представлялось весьма сомнительным. Однако испанский исследователь Дж. Оро (J. Ого) показал возможность синтеза аденина при нагревании водного раствора смеси HCN и NH3. Позднее были получены абиогенным путем и другие пуриновые основания. Дж. Оро удалось также синтезировать урацил из простых органических молекул.
Важный шаг на пути химической эволюции — синтез нуклеози-дов и нуклеотидов, и в первую очередь адениновых. Американскому биохимику К. Поннамперума (С. Ponnamperuma) удалось показать, что при облучении ультрафиолетом смеси водных растворов аденина и рибозы при температуре 40° в присутствии фосфорной кислоты происходит реакция .конденсации, приводящая к образованию адено-зи-на. Если реакцию проводить при добавлении к реакционной смеси этилметафосфата, имеет место образование также и нуклеотидов: АМФ, АДФ, АТФ. Функция фосфорных соединений в этих химических синтезах двоякая: они играют каталитическую роль и могут непосредственно включаться в продукты реакции. Абиогенный синтез АТФ, представляющий собой результат нескольких относительно простых химических реакций, говорит о возможном раннем появлении
167
этого соединения. Первые живые структуры могли получать АТФ из окружающей среды.
Следующий этап предбиологической эволюции — дальнейшее усложнение органических соединений, связанное с полимеризацией мономеров. Все живые клетки состоят из четырех основных типов макромолекул: белков, нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов. Из них белки и нуклеиновые кислоты являются самыми сложными веществами клетки. На возможных путях их абиогенного возникновения мы коротко остановимся. Образование олигопептидов могло происходить непосредственно из аминокислот в результате реакции конденсации при действии определенного вида энергии или в присутствии конденсирующего агента или же минуя стадию аминокислот непосредственно из реакционноспособных предшественников аминокислот.
Наибольший интерес представляют данные в пользу возможности абиогенного синтеза высокомолекулярных пептидов (полипептидов). С. Фокс (S. Fox) осуществил опыты по термической сополимеризации смеси, состоящей из 18 природных аминокислот. Нагревание безводной смеси аминокислот в течение 6—10 ч при 170—180° приводило к образованию полипептидов, выход которых в зависимости от условий составлял 5—40%. Проведение реакции в присутствии фосфорной или полифосфорной кислот ускоряло процесс полимеризации и позволяло снизить температуру опыта до 65°, а его продолжительность — до 1 ч.
Анализ структуры и состава полученных полимеров показал, что в них входят 18 аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Относительная молекулярная масса синтезированных полимеров колеблется от 3000 до 10 000. Особенностью первичной структуры этих полимеров является обнаруженная у них определенная последовательность аминокислотных остатков в цепи, обусловленная, вероятно, структурными особенностями самих аминокислот.
