Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Химические реакции в такой среде не должны быть связаны с большим квантовым скачком (иначе говоря, они сохраняют квази-изотермичность) и должны идти при участии примитивных ката-
лизаторов, выполняющих ту же роль, какую выполняют ферменты в живых системах.
Сейчас известно, что современные ферменты сами являются продуктами цикла нуклеиновая кислота — рибосома. Поэтому мы вынуждены постулировать возможность существования неких протоферментов; источником таких протоферментов могут служить даже обычные неорганические компоненты гидросферы. Протоферменты относятся главным образом к производным переходных элементов; из них самым распространенным является железо, далее идут медь, кобальт, марганец и др.
Это представляется верным для основных ферментов метаболизма — цитохромов (окислительных ферментов), позднее приспособленных в качестве переносчиков кислорода в гемоглобине или фотонной ловушки в хлорофилле. Мне представляется, что роль высокоспецифичного полипептида, присоединенного к протоферменту, состоит в активировании субстрата, придании ему специфичности в отношении данной реакции. У известных нам ферментов эта специфичность очень ярко выражена. Обычно фермент может катализировать несколько реакций, однако в специализации ферментов и, следовательно, в увеличении числа их типов имеется определенное эволюционное преимущество.
Другой группой функционально важных молекул являются молекулы, способные осуществлять перенос энергии — обычно путем переноса протона или перевода системы на более высокий энергетический уровень; я назову это явление коферментной функцией. Здесь первостепенное значение имеют органические азотистые основания — пурины и пиримидины, а также некоторые конденсированные циклические структуры, не содержащие азота, например флавоны. Полифосфаты, несомненно, также играют важную роль как при переносе энергии, так и в качестве активаторов полимеризации.
Есть все основания считать, что пиримидиновые и пуриновые основания являются весьма ранними продуктами спонтанной организации в первичные углеродные и азот-водородные комплексы. Представляется вероятным, что начало второй стадии, когда простейшие биохимические молекулы отделились от аморфного угле-род-азотного комплекса, было связано с водной средой и, следовательно, с Землей. Трудно себе представить, хотя я сам это предположил, что этот процесс протекает также в толще астероидов. Однако, где бы он ни происходил, его результатом явилось возникновение смеси сахаров, органических кислот, аминокислот и азотистых оснований, которые, как мы должны себе представлять, принимали участие во второй стадии возникновения жизни.
Азотистые основания, содержащие связи углевод — фосфат и игравшие важную роль в качестве протокоферментов, весьма
легко полимеризуются. Возможно, как я это предположил впервые в 1957 г., в результате такой полимеризации сначала образовались растворимые нуклеиновые кислоты; затем, постепенно накапливаясь, цепи нуклеиновых кислот образовывали современные высокополимерные РНК и ДНК и в конечном счете гены сложных биологических систем.
В своих попытках нарисовать последовательную или хотя бы просто правдоподобную картину возникновения жизни мы сталкиваемся со значительно большими трудностями, чем это ожидалось еще совсем недавно. Становится все более очевидным, что механизм воспроизведения молекул нуклеиновых кислот и синтеза сложных ферментных белков включает значительно больше стадий, чем мы полагали прежде. Об этом свидетельствуют данные, полученные главным образом современной биохимией, в частности цитобиохимией, позволившей дифференцировать ферментативные процессы в клетке и установить их локализацию в определенных ее участках. Само совершенство этих механизмов заставляет нас считать маловероятным их самопроизвольное возникновение, так же как и самопроизвольное возникновение соответствующих функций.
Лишь в самое последнее время мы стали понимать, какое глубокое значение имеет открытие воспроизведения молекул нуклеиновых кислот и механизма производства молекул белка. Очевидно, что воспроизведение относится не столько ко всему организму, сколько к его метаболизму в каждый данный момент. Воспроизведение нуклеиновых кислот и производство белковых молекул необходимы для всех известных нам процессов жизнедеятельности. Мы можем также сказать, что они необходимы для современных структур живого, для организмов; без них невозможно образование сложных субклеточных структур, выявляемых при помощи электронного микроскопа и исследуемых методами цитобиохимии.
Ключ к расшифровке этого механизма был получен в результате первых исследований вирусов. Частицы вируса табачной мозаики, над которым я начал работать почти 30 лет назад, состоят из спиральной белковой молекулы, сквозь которую, как показала Франклин, как бы продета одиночная цепь РНК- Вирусный белок можно дезагрегировать, разрушив также вирусную РНК; в подходящих условиях белок способен снова агрегировать с образованием структуры, очень похожей на исходную. Однако такая реконструированная частица имеет два существенных отличия. Во-первых, она отличается от исходной вирусной частицы своей длиной. Известно, что предельная длина целой вирусной частицы составляет 3000 к. Реконструированная же частица может быть любой длины, например гораздо большей 3000 А. Во-вторых, спиральная структура, характерная для активного вируса, после реконструкции не восстанавливается. Вместо этого белковые моле-
