Происхождение жизни - Поннамперума С.
Скачать (прямая ссылка):
\\г\\—СН2—СООН
СН2 СН2 СН2
Н2М—СН—СООН
лизин
СНг$Н I
н2м — сн—соон
цистеин
9
сн2
НгЫ —СН—СООН
фенилаланин
О?
_н
соон
I
с—сн2—сн сн I
ЫИ2
СН3
н2ы—сн—соон
сн2он н2ы—сн—соон
серин
соон I
сн2 I
н,м—сн—соон
аспарагиновая кислота
21 Ф
сн2
н2кі—сн—соон
тирозин
триптофан
Семейство аминокислот. Характерной особенностью их является то, что один конец молекулы (Я2Л/-аминогруппа) имеет основные свойства, а другой (СООН-группа) — кислотные.
66
сн
I
н2м—сн—соон
валин
СН2-МН-С —МН2
СН, I
н2м — сн—соон
аргинин
СНо Б Э СН> I I
н2м-сн-соон н2м-сн-соон
сн.
-си.
сн2 сн—соон н
пролин
СНлСНз СН
I
сн2 I
н2м—сн—соон
н2м-
СН3
неон
-А
н—соон
треонин
соон
I
сн2 сн2
Н2М—СН—СООН
глутаминовая кислота
ОН
сн2 I
н2м—сн—соон
йииодотирозин
сн2 сн2
СН СН3
Н2М — сн—соон
изолеииин
НС — N1^ I
сн2
.сн
НгИ—СН-С00Н
гистидин
$СН3
СН2 I
сн2 I
-сн-соон
метионин
н2м—сн—соон
тироксин.
ОН I
сн I
сн2 н
сн2
сн—соон
оксипролин
3*
Синтезы малых молекул
6
Первоначально при экспериментальных исследованиях зарождения жизни основное внимание уделялось вопросу происхождения аминокислот, ибо они являются строительным материалом для белков. Структура аминокислот такова, что один конец их молекулы заряжен положительно, а другой — отрицательно. Поэтому обычно они обладают как кислотными, так и основными свойствами. Пептиды, представляющие собой комбинации аминокислот, образуются в том случае, когда аминогруппа (положительно заряженная) одной молекулы соединяется с карбоксильной группой (отрицательно заряженной) другой. Такой процесс может непрерывно продолжаться до тех пор, пока все больше и больше молекул не объединится в пептидные цепи.
Одна из причин особого интереса к аминокислотам заключается в том, что с точки зрения проблемы возникновения жизни их молекулы наиболее важны и, кроме того, они могут быть легко идентифицированы. В 1953 г. Миллер поставил ряд экспериментов, с помощью которых удалось обнаружить несколько аминокислот, среди них наиболее часто встречающиеся в белках глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Присутствовало также некоторое количество аминокислот, вообще не характерных для растительных и животных организмов, а именно саркозин, р-аланин и а-аминомасляная кислота. Наличие в продуктах синтеза «небелковых» аминокислот наводит на мысль, что при зарождении жизни на первичной Земле только небольшая часть аминокислот была «включена» в живые организмы.
Непременным требованием при изучении химической эволюции является четкое понимание сложного химиче-
68
ского пути, который привел к образованию аминокислот в предбиологических условиях. Удалось выяснить, что молекулы аминокислот строятся в соответствии с общими правилами взаимодействия атомов, радикалов и молекул. Простая и ясная схема такого построения напоминает реакции, характерные для соответствующих разделов органической химии.
Механизм синтеза аминокислот, обнаруженных в «первичном бульоне», тщательно изучен. Здесь возможно
Возможные пути химической эволюции: молекулы, синтезированные с помощью лучистой энергии, взаимодействуя в «первичном бульоне», создают азотистые основания нуклеиновых кислот и, возможно, сахара. В мелких лагунах, на поверхности глин, попеременно увлажняемых и пересыхающих, могли образовываться большие молекулы.
два пути. Согласно классической теории, аминокислоты обычно синтезируются из альдегидов и нитрилов. Формальдегид (НСНО) является простейшим членом ряда альдегидов, тогда как цианистый водород (НСЫ) можно рассматривать как источник нитрилов. Еще в 1881 г. немецкий химик Штрекер предложил схему синтеза, названную затем его именем. Согласно этой схеме, на первой стадии альдегид и нитрил, взаимодействуя в присутствии аммиака, образуют промежуточный продукт:
ИСНО + Ш3 + НСЫ 1*СН(МН2)СЫ + Н20.
При обработке водой он дает аминокислоту:
1*СН(Ша)СЫ + 2Н20 -> 1*СН(МН2)СООН + ш3.
69
Существует также альтернативная гипотеза, в соответствии с которой аминокислоты синтезируются непосредственно в газовой фазе. Однако последующие исследования показали, что наиболее вероятный путь их образования— это синтез Штрекера. При анализе продуктов реакции Штрекера установлено присутствие альдегидов и цианидов и показано, что количество образовавшихся аминокислот пропорционально убыли альдегидов и нитрилов. Аналогичный эффект наблюдался независимо в эксперименте со смесью нитрила и альдегида.
Аминокислоты были синтезированы также в экспериментах, где моделировалось действие солнечной радиации. Ультрафиолетовому облучению подвергались не только простейшие газовые смеси, но и ряд веществ, которые по всей вероятности могли возникнуть в первичной атмосфере. В качестве исходного материала применялись муравьинокислый аммоний и цианистый водород. В каждом отдельном случае в продуктах реакции были обнаружены аминокислоты. Аналогичные эксперименты проводились также с использованием ионизирующего излучения и тепла.
Эксперименты с моделированием предбиологических условий позволяют предположить, что на первичной Земле образование аминокислот происходило довольно легко. Однако полученные результаты не означают, что вопрос о возникновении аминокислот уже решен и больше не заслуживает внимания.
