Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
дуктивные циклические синтезы
Исчезновение свободных органических веществ
IV Анаэробные; С02; следы 03 Фотовосстановление; брожение Размножающиеся^единицы, обла
дающие обменом веществ. Дву
квантовый процесс. Возник
новение клеток
Исчезновение анаэробных условий
V Аэробные; анаэробные микроусло- Фотосинтез; дыхание вия
Автотрофные растения. Дарвиновская эволюция. Сознание
соединения, содержащие железо, цезий или марганец, поглощали в ближней ультрафиолетовой области и подвергались фотохимическим изменениям. Кислород в то время должен был присутствовать в небольших количествах, иначе все те продукты, на которых базируется, согласно гипотезе, дальнейшая химическая эволюция, были бы за короткий срок разрушены в результате автоокисления и фотоокисления.
Нам неизвестны сейчас живые организмы, использующие фотохимические превращения солей урана или редкоземельных металлов; тем не менее из-за этого не следует пренебрегать возможностью их использования на ранних этапах эволюции. Впрочем, на мой взгляд, поиски возможного фотосенсибилизатора не должны уводить нас далеко из сферы хорошо известных фактов. Фотоактивный пигмент, возникший задолго до появления современного типа фотосинтеза, был, возможно, предшественником самой молекулы хлорофилла. Структура, составляющая основу хлорофилла — его порфи-риновое кольцо,— это необычайно стойкий пигмент, способный, как известно, катализировать многочисленные фотохимические реакции in vitro. Химикам лишь с очень большим трудом удалось синтезировать такие тетрапиррольные соединения. Эволюционная гипотеза, основанная на фотохимии порфиринов, выглядит не очень убедительно из-за явной невыполнимости самого первого требования, а именно самопроизвольного возникновения таких пигментов. Правда, Шемин и его сотрудники (Колумбийский университет) установили, что живая клетка способна синтезировать порфирины из таких простейших органических соединений, как ацетат и глицин, за очень короткий срок. Однако живая клетка делает это, как известно, с помощью ферментов.
Принято считать, что между химической эволюцией органических соединений и эволюцией живого мира существует огромный, возможно, даже непреодолимый барьер, обусловленный коренным различием ферментативных и неферментативных реакций. На это принято отвечать, что с термодинамической точки зрения ферментативное действие может компенсироваться временем, так как при действии ферментов энергетические соотношения не изменяются. До возникновения современных ферментов должны были существовать более простые модели для каждой из основных реакций, которые мы сейчас привыкли связывать с белками, наделенными каталитическими функциями. Синтез порфиринов в природных условиях из соединений, наиболее широко распространенных в исходном гипотетическом «бульоне», необычайно прост. Поэтому в 1955 г. я высказал предположение, что порфирины служили природными катализаторами задолго до того, как стали необходимыми компонентами живой клетки [8]. Большинство конденсаций в живой клетке, ведущих от ацетата и глицина через б-аминолевулиновую
кислоту и порфобилиноген к порфиринам, протекает, очевидно, с выделением тепла. До сих пор не удалось выполнить этот природный синтез в лабораторных условиях, может быть, потому, что было испробовано слишком мало модификаций опыта Миллера. Правда, д-р Шутка привел здесь один пример, но в качестве исходных материалов для синтеза он использовал вещества, которые, по моему мнению, не могут быть использованы для доказательства того, что порфирины возникали из глицина и ацетата в предбиологических условиях.
Нередко принимается, что эволюция в основном сводилась к грандиозному процессу автокатализа, к общему поступательному движению от незначительного — вначале — к более специфическому, более эффективному использованию тепловых и химических источников энергии в дальнейшем. Однако такой взгляд нельзя считать полностью справедливым для фотохимических процессов. Эффективность акта поглощения света составляет 100%. Молекула либо поглощает определенный квант света, либо нет. Задача сводится, очевидно, к сохранению высокой эффективности первичного акта, который уже нельзя усовершенствовать.
Поглощающая свет молекула должна не только сохранять стабильность при действии на нее кванта высокой энергии, но и быть устойчивой к химической атаке продуктами реакции. Эти продукты должны обладать способностью легко вызывать быструю цепь дальнейших превращений. Только так можно избегнуть преждевременных, т. е. бесполезных рекомбинаций. Я хотел бы мимоходом отметить следующее преимущество фотохимических реакций. Они способствуют возникновению высокореакционноспособных или сложных новых молекул при обычных температурах, что обеспечивает этим молекулам в миллион раз более длительное существование, чем если бы они синтезировались в условиях высокой температуры. И пока на Земле не появились белковоподобные вещества, только фотохимические реакции способны были — по крайней мере на ранних этапах — без помощи катализаторов преодолевать барьеры высокой энергии активации. При фотохимических реакциях большинство этих барьеров не служит препятствием, поскольку имеется достаточно энергии для их преодоления. По этой же причине фотохимические реакции становятся практически необратимыми после того, как энергия была затрачена на молекулярные перегруппировки.
