Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, как уже сказано, в присутствии углеводов (особенно пентоз), пуринов, пиримидинов и МФЭ могут образовываться нуклеиновые кислоты. Оро [6] показал, что в раннюю эпоху истории Земли исходные вещества, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, видимо, уже имелись. Пентозы избирательно образуются из формальдегида в присутствии гидроокисей щелочноземельных металлов [4, 7]. Дезоксирибозу легко получить из триоз и ацетальдегида [6].
При температуре выше 300° ортофосфаты нестабильны. Следовательно, когда Земля остыла, большие запасы конденсированных фосфатов, видимо, могли существовать в областях, лишенных воды. Эти полифосфаты могли этерифицироваться, реагируя с органическими соединениями. В присутствии метафосфорных эфиров вполне возможно одновременное образование полипептидов, полиглико-зидов и полинуклеотидов. Гексозы дают относительно стабильные полимеры, тогда как полимеры рибозы нестабильны из-за наличия фуранозидной структуры. Однако рибоза очень легко реагирует с пуринами с образованием нуклеозидов. Нуклеозиды превращаются в нуклеотиды при нагревании их с метафосфорными эфирами (реакция идет в одну стадию). Наконец, полинуклеотиды
могут вступать во многие реакции с образовавшимися одновременно полигликозидами и полипептидами. Таким образом, создаются благоприятные условия для возникновения сложных систем. Свободная от воды область, необходимая для реакций конденсации, может иметь место внутри коацерватов, как было предложено Опариным [5], или в каких-либо иных структурах, имеющих водонепроницаемую мембрану.
III. СИНТЕЗ НУКЛЕОЗИДОВ С ПОМОЩЬЮ МЕТАФОСФОРНЫХ
ЭФИРОВ
В течение последних лет мы занимались тщательным изучением реакций конденсации, идущих с участием метафосфорных эфиров. Метафосфорные эфиры легко получить при взаимодействии Р4Ою с диэтиловым эфиром. В результате разрыва двух связей Р — О — — Р образуется смесь тетраметафосфата и изотетраметафосфата, структура которых уже была описана Ретцем и Тило [9] и подтверждена недавно Полменом и Шраммом [8] и Вейллом [12]. Полмен и Шрамм показали, что приготовление метафосфорного эфира следует проводить в мягких условиях; в противном случае происходит превращение циклической структуры в гораздо менее активную линейную структуру. Необходимо также удалять из реакционной смеси полифосфаты и другие соединения, содержащие гидроксильную группу.
Реакцию МФЭ с различными веществами, содержащими NH-и ОН-группы, легко проследить путем титрования неводного раствора. Опыты с углеводами показали, что наиболее высокой реакционной способностью обладает ацетальный гидроксил при С(!>. Следующими по реакционной способности оказались первичные гидроксилы у С<5) в пентозах и у С<6) в гексозах. Вторичные гидроксильные группы если и реагируют, то очень медленно. Таким образом, возможна довольно специфическая активация сахаров, позволяющая осуществить реакции различного типа. В результате взаимодействия активированных остатков рибозы образуется полирибозид при условии удаления остатков фосфорного эфира. Добавление избытка пуринов предотвращает такую поликонденсацию сахаров. NH-группа более реакционноспособна, чем гидроксильная. При изучении реакции конденсации рибозы и дезокси-рибозы с аденином (фиг. 1) [3] было обнаружено, что аденин реагирует с двумя молями МФЭ (вероятно, по С(9> и по аминогруппе при С(6>). Активированный азот вступает во взаимодействие с активированной гидроксильной группой рибозы, видимо, по типу согласованной реакции. Ход процесса конденсации зависит от концентрации протонов (фиг. 2). При кажущемся pH около 7
Аденозин
Фиг. 1. Синтез аденозина.
в растворе диметилформамида реакция идет очень медленно, но значительно ускоряется при pH 1,5. Кинетика реакции сложна, поскольку по истечении некоторого периода она идет в обратном направлении. Обратную реакцию можно затормозить добавлением буфера.
Фиг. 2. Влияние концентрации протонов на синтез аденозина из рибозы и аденина в присутствии метафосфорных эфиров (МФЭ).
Указанные значения pH соответствуют кажущемуся pH в диметилформамиде. Выход реакции выражен в процентах рибозы, включившейся в аденозин. / — pH 1,5; //—pH 5,5:
///-pH 7,5.
Из рибозы и аденина был получен только природный |3-глико-зидный аденозин. Это всецело определяется влиянием гидроксильной группы при С(2). Использование дезоксирибозы, в которой этот гидроксил отсутствует, приводит к образованию а- и |3-нуклео-зидов. То же самое наблюдал и Карбон [1]. Вероятно, свободная
аминогруппа приС(б> тоже реагирует с углеводами, но образующееся шиффово основание гидролизуется при выделении продуктов реакции и поэтому нет необходимости защищать эту аминогруппу. Несмотря на относительно невысокий выход продукта (в нуклео-зиды включается 20—40% углеводов), данный метод имеет преимущества перед другими, обычно применяемыми методами, использующими замещенные сахара и замещенные основания.
IV. СИНТЕЗ ПОЛИНУКЛЕОТИДОВ с помощью МЕТАФОСФОРНЫХ ЭФИРОВ
В отсутствие растворителя и при наличии избытка МФЭ происходит фосфорилирование и конденсация нуклеозидов. Результаты получаются более четкими, если в качестве исходного материала использовать нуклеотиды. Путем титрования неводных растворов было показано, что с МФЭ реагируют фосфатная группа нуклеотидов в положении 2' или 3' и свободная гидроксильная группа в 5'-положении. В процессе конденсации нуклеотидов оба активирующих остатка отщепляются. Реакция конденсации меньше зависит от концентрации протонов в среде, чем процесс образования нуклеозидов. Она идет также в присутствии третичных оснований. Последнее очень важно, так как некоторые нуклеотиды (дезокси-адениловая или дезоксигуаниловая кислоты) неустойчивы в кислой среде.
