Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Мы проводили облучение цианистого водорода, меченного С14 (удельная активность 10 мкюри/ммоль, концентрация 10~3 моль/л). Образцы запаивали в кварцевые пробирки и облучали с помощью лампы ультрафиолетового света в течение 7 дней. Для удаления растворенного кислорода через раствор пропускали ток азота. Пробирки помещали в жидкий азот, откачивали и снова запаивали. Продукты реакции выпаривали почти досуха, после чего их разделяли с помощью двумерной хроматографии на бумаге в системах пропанол — аммиак — вода и бутанол — пропионовая кислота — вода. С помощью радиоавтографии на рентгеновской пленке мы установили, что в результате облучения цианистого водорода образуется большое количество различных органических соединений (фиг. 4).
Во втором опыте в качестве нерадиоактивных носителей использовались гуанин и аденин, которые разделяли с помощью двумерной хроматографии вместе с продуктами реакции. Носители на тенеграмме выступали в виде ярких пятен. Темные пятна на рентгеновской пленке полностью соответствовали светлым пятнам на тенеграмме как по локализации, так и по форме, причем это совпадение наблюдалось для четырех различных систем растворителей: пропанол —¦ аммиак — вода, бутанол — пропионовая кислота — вода, изопропанол — НС1 и бутанол—веда. Таким образом, из меченного С14 цианистого водорода образуются вещества, идентичные аденину и гуанину. Эти методы позволили идентифицировать среди продуктов реакции также мочевину.
Расчеты показали, что в нелетучие продукты включалось 6% исходного материала, причем около 1 % общего количества нелетучих продуктов приходилось на аденин, 0,5% — на гуанин и 10% — на мочевину. Результат, по-видимому, не зависит от значения pH.
Для синтеза пуринов из HCN предложено несколько механизмов. Например, аденин, согласно Клиссу и Мэттьюсу, может образовываться следующим образом. Цианистый водород в своей 1,3-бира-дикальной форме, реагируя с одной молекулой HCN, дает кольцо имидазола. Присоединение еще одной молекулы HCN и замыкание кольца приводят к образованию аденина. Для катализируемого основаниями синтеза аденина Оро [11] предложил следующую схему. Формамидин и4-аминоимидазол-5-карбоксамидин образуются самопроизвольно. Они являются теми основными промежуточными продуктами, которые на конечном этапе синтеза дают аденин.
Я полагаю, что опыт с цианистым водородом по ряду причин имеет особенно важное значение:
1. Аденин и гуанин, синтезированные в наших опытах, являются пуриновыми основаниями, встречающимися как в РНК, так и в ДНК-
2. Как аденин, так и гуанин образуются в процессе одной и той же реакции.
Фиг. 4. Хроматограмма, полученная после облучения ультрафиолетом
цианистого водорода.
3. Концентрация исходного вещества в опыте крайне мала (порядка 10"3 моль!л). Она вполне сравнима с концентрацией HCN на примитивной Земле.
4. Ультрафиолетовый свет, использованный в качестве источника энергии в наших опытах, был в условиях примитивной Земли наиболее распространенной формой энергии.
5. В наших опытах в большом количестве образуется мочевина, являющаяся важным с биохимической точки зрения промежуточным продуктом.
Итак, полученные результаты показывают, что при наличии подходящих источников энергии из цианистого водорода образуются пурины (аденин и гуанин) и сахара (рибоза и дезоксирибоза). В связи с этим нам показалось интересным выяснить, можно ли, используя источники энергии, с помощью которых были успешно синтезированы азотистые основания и сахара, синтезировать также нуклеозиды и нуклеозидфосфаты. Мы провели две серии опытов — с ультрафиолетовым светом и с ионизирующим излучением.
Принято считать, что ультрафиолетовое излучение Солнца было наиболее доступной и широко распространенной формой энергии на примитивной Земле; поэтому вполне логично предположить, что оно сыграло ведущую роль в образовании органической среды, связанной с возникновением жизни. По мнению Сагана [18, 19], восстановительная атмосфера примитивной Земли по крайней мере отчасти пропускала лучи с длиной волны 2400—2900 А; в этих условиях пурины и пиримидины активировались и, по-видимому, приобретали способность включаться в процесс образования нукле-озидов и нуклеотидов.
В работе использовали С14-8-аденин (удельная активность 23,4 мккюри/мг), С14-8-аденозин (удельная активность7,2мккюри/мг) и С14-адениловую кислоту (удельная активность 3,1 мккюри/мг). В качестве носителей применяли нерадиоактивные аденозин, адено-зинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ), аденозинтрифос-фат (АТФ) и аденозинтетрафосфат (А4Ф). Этилметафосфат мы получали следующим образом: 150 г пятиокиси фосфора растворяли в 300 мл этилового эфира, добавляли хлороформ и раствор нагревали в течение нескольких часов с обратным холодильником [20]. Избыток растворителя удаляли выпариванием под вакуумом. Облучение и анализ проводили следующим образом. Меченые аденин, аденозин и адениловая кислота, применявшиеся в различных опытах в количестве от 1,5-10_6 до 1,5-10-5 моль, запаивались в пробирки из стекла викор в виде водных растворов в смеси со стехиометрическими количествами рибозы, фосфорной кислоты или полифосфатов (табл. 1).
