Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ СИНТЕЗ ПОРФИНОПОДОБНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОЦЕССЕ ХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ
А. ШУТКА
Department of Chemistry, University of Detroit, Detroit, Michigan
ВВЕДЕНИЕ
Существует довольно обоснованная гипотеза, согласно которой химическая эволюция, т. е. эволюция на молекулярном уровне, предшествовала появлению первой живой клетки на Земле. Согласно современным представлениям, в сравнительно простой примитивной атмосфере, состоявшей из метана, аммиака и воды, а также, вероятно, некоторого количества молекулярного водорода, при действии ультрафиолетового излучения, электрических разрядов и высокоэнергетического излучения могли образоваться более сложные вещества [17, 25, 26, 43]. Принято считать, что в тот период, к которому относятся эти превращения, температура была ниже 100°. Возникшее, таким образом, первичное вещество накапливалось в воде, образуя органическую среду, т. е. смесь углеродных соединений, возникшую абиогенным путем, которую обычно рассматривают как необходимую предпосылку для возникновения жизни. Некоторые расчеты, сделанные Юри [43], показывают, что первичный океан мог содержать до 10% растворенных органических соединений. Синтез таких первичных веществ продолжался до тех пор, пока не достигалось состояние равновесия, при котором количество первичных органических веществ, образующихся под действием имеющихся источников энергии, равно количеству одновременно разрушаемых веществ. На этом этапе могло иметь место образование только сравнительно простых молекул, так как более сложные и лабильные оказались бы разрушенными под действием интенсивного ультрафиолетового излучения. Это излучение могло в то время достигать поверхности Земли, не защищенной слоем озона, как это имеет место в настоящее время.
Изложенные выше теории Опарина [25, 26] и Юри [43] подверглись тщательной экспериментальной проверке в работах Миллера [20—22], Миллера и Юри [24], Павловской и Пасынского [32], Абельсона [1], Оро [27], Хассельштрома и Генри [18], Хассель-штрома и сотр. [19], Пашке и сотр. [31 ] и других авторов [3, 4, 30]. В результате этих экспериментов были получены различные био-
химически важные вещества, такие, как аминокислоты, алифатические кислоты, полиоксисоединения, альдегиды и мочевина. Подвергая указанные простые соединения дальнейшему воздействию ультрафиолетового излучения или нагревания в мягких условиях, удалось получить целый набор более сложных органических веществ. В результате таких реакций более высокого порядка происходило, в частности, образование полипептидов из аминокислот [13—15] и из полиглицина [2].
Большинство исследователей, работающих над проблемой происхождения жизни [7—10, 16, 25, 26, 36], убеждены в том, что на определенном этапе химической эволюции должно было происходить образование порфиринов. Однако до недавнего времени не было убедительных экспериментальных данных, подтверждающих возможность синтеза порфиринов и порфиноподобных соединений из предшественников, присутствовавших на Земле в период, когда на ней протекала химическая эволюция.
В настоящем сообщении представлены данные, имеющие непосредственное отношение к образованию органической среды, а именно к синтезу порфиноподобных соединений из простых предшественников.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Известно, что при нагревании пиррола и бензальдегида до 180° происходит их конденсация с образованием а, р, у, 6-тетрафенил-порфина [34] (фиг. 1) и а, р, у, 6-тетрафенилхлорина [5]. В своих первых опытах [38] мы работали со смесью, состоящей из 5 мл пиррола, 10 мл бензальдегида, 10 мл пиридина (все реактивы были свежеперегнанными) и 5 г уксуснокислого цинка. Пиридин при этом служил растворителем; уксуснокислый цинк использовался для увеличения выхода реакции [5, 33]. В изготовленную из стекла пирекс пробирку с завинчивающейся крышкой помещали смесь реагентов таким образом, чтобы над жидкостью оставалось 2 мл свободного пространства. Смесь подвергали действию у-лучей, испускаемых Со60, в течение 10 час, мощность дозы составляла примерно 0,5 мегарентген/час. Затем облученный раствор красноватого цвета удаляли из реакционного сосуда, разводили хлороформом, приливали равный объем 6 н. соляной кислоты и интенсивно перемешивали в течение 3 час. Затем кислый раствор нейтрализовали аммиаком. Хлороформную фракцию отделяли от водного слоя, промывали несколько раз дистиллированной водой и подвергали хроматографическому разделению на колонке из активированной окиси алюминия по методу Пристхоффа и Бенкса [33]. В качестве элюента использовали свежеперегнанный хлороформ. После троекратной очистки достигалось удаление большей части смолистых
веществ из хлороформной фракции, которую затем хроматографировали на колонке из магнезола. Фракцию темно-зеленого цвета пропускали через другую колонку, далее пропускали эфир и проводили элюцию хлороформом. Эту процедуру повторяли до тех пор, пока не получали одну светлую фракцию.
В более поздних опытах [39] мы использовали смесь из 3 мл свежеперегнанного пиррола, 6 мл бензальдегида и 4 мл воды, которую помещали в химический стакан емкостью 250 мл и облучали ультрафиолетом на расстоянии 25 см при помощи лампы Напо-via (100 вт). Применявшийся в опытах фильтр пропускал 45%
