Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таковы доводы, говорящие в пользу того, что флуоресцентные органические красители должны были явиться движущей силой эволюции. Это относится и к порфиринам. Я уже говорил о том, что они легко синтезируются. Порфирины обладают замечательной устойчивостью не только в темноте, но и при их использовании в качестве сенсибилизаторов в искусственных фотохимических
реакциях. Для сравнения я могу назвать другой природный класс флуоресцентных пигментов — флавины. В незащищенном виде они легко обесцвечиваются и часто разрушаются под действием света как в аэробных, так и в анаэробных условиях.
Порфирин и его комплексы с магнием и цинком относятся к наиболее эффективным сенсибилизаторам для фотохимических реакций in vitro как для процессов фотовосстановления, так и для процессов фотоокисления. В реакциях, протекающих с выделением небольших количеств энергии, нетрудно получить квантовые выходы, равные единице. Мы уже говорили на нашей конференции о том, насколько правдоподобным кажется возникновение в примитивных условиях Земли полифосфатов, примитивных нуклеиновых кислот или полиаминокислот — веществ, обладающих в некоторой степени каталитической активностью. На мой взгляд, гипотеза о возникновении на предбиологической Земле фотохимически активных органических пигментов, сходных с теми, которые содержатся во всех живых, и прежде всего в фотосинтезирующих, организмах, очень правдоподобна. Дальнейшее развитие разнообразных путей, в результате которых порфириновые комплексы заняли столь важное место в основном механизме биохимических реакций, должно было, конечно, определяться другими, одновременно протекающими превращениями исходных органических веществ. Как я уже указывал, окислительно-восстановительные реакции, сенсибилизированные порфирином, могут быть очень эффективными в концентрированном растворе. Для поддержания высокой эффективности окислительно-восстановительных реакций в условиях, когда растворенные субстраты недоступны в больших количествах, живые клетки прибегают к поглощению на поверхностях раздела. За исключением Остера и сотр. [17], никто не проводил систематического исследования влияния поверхностей на фотохимические превращения органических веществ. Вполне вероятно, что самопроизвольная полимеризация аминокислот, а также пуринов и пиримидинов, о которой мьг уже слышали на нашей конференции, могла привести к возникновению соединений, способствующих протеканию особенно эффективных световых реакций. Насколько мне известно, никаких исследований в этом направлении не проводится.
До недавних пор я считал, что только реакции, протекающие в присутствии макромолекул, будут характеризоваться зависимостью от времени, значительно отличающейся от того, что следовало бы ожидать исходя из закона действующих масс, справедливого для гомогенных растворов. Несколько лет назад мы столкнулись с необычной фотохимической реакцией; мы и сейчас продолжаем изучать ее, так как она отличается весьма странной кинетикой [13]. Я не хочу задерживать ваше внимание и не стану останавливаться
на подробностях. Суть дела заключается в фотоокислении аскорбиновой кислоты, сенсибилизируемом флавинами, в нейтральном или слабокислом растворе. Конечными продуктами реакции являются щавелевая кислота и треонин [14]. Если в растворе, помимо аскорбиновой кислоты и флавина, содержатся также ионы марганца и ка-талаза, процесс отчетливо распадается на две части,— но только при вышеуказанном условии. В присутствии каталазы и ионов марганца первый устойчивый продукт фотоокисления, дикетогуло-новая кислота, накапливается количественно до тех пор, пока не будет полностью окислена исходная аскорбиновая кислота. Затем •фотоокисление продолжается, но субстратом служит теперь накопленный продукт первой реакции, причем вторая реакция может протекать даже быстрее, чем первая. Столь неожиданный ход событий объясняется тем, что следы аскорбиновой кислоты подавляют катализируемое марганцем фотоокисление дикетогулоновой кислоты, а избыток кислорода в свою очередь ингибирует фотоокисление аскорбиновой кислоты.
Подобные наблюдения толкают нас использовать при изучении реакций, протекавших, по-видимому, на заре существования Земли, не простые, точно известные и полностью понятные комбинации веществ, а смеси, содержащие совсем «ненужные» примеси. Эти примеси еще могут удивить нас своей способностью действовать в качестве регулирующих факторов [15]. Я надеюсь, что д-р Фокс согласится в этом со мной.
Тем, кто изучает сенсибилизируемые фотохимические реакции, протекающие in vitro, несомненно, известно, что главным препятствием на пути практического использования световой энергии при этом является обратимость процесса; продукты реакции взаимодействуют между собой либо сразу, либо в обход — через одну-две промежуточные реакции. В живой клетке проблема предотвращения преждевременных и бесполезных обратных реакций решена за счет возникновения циклических обратных реакций; с этими циклами могут быть сопряжены другие процессы обмена. К такому же приему в самых различных вариациях клетка прибегает и в отношении других, нефотохимических реакций обмена. Не исключено, что некоторые основные реакции обмена, например фосфорилиро-вание и дыхание, возникли первоначально как частные реакции, протекавшие вблизи пигмента, возбужденного светом [10]. Лишь позднее они выделились в независимые процессы обмена. Я не могу в связи с этим не упомянуть о том, что у всех фотосинтезирующих организмов процессы анаэробного брожения, протекающие в темноте, не только слабо выражены, но к тому же, по-видимому, бесполезны. Сбраживание углеводов (прототип анаэробной диссимиляции) могло появиться лишь после того, как растения разработали столь эффективный путь получения больших количеств углеводов,
