Происхождение жизни - Поннамперума С.
Скачать (прямая ссылка):
Подобно правой и левой перчаткам, зеркально отражающие одна другую формы молекул молочной кислоты (вверху) химически идентичны и различаются только по направлению вращения луча поляризованного света в растворах их кристаллов. Точно так же аминокислота может находиться в двух Ь- и й-формах, идентичных во всех остальных отношениях (внизу).
I-аминокислота Ю-аминокислота
правления вращения до или после возникновения жизни? Были ли молекулы, синтезированные на первичной Земле, преимущественно только одной формы? Эти вопросы все еще остаются без ответа.
Преобладающим типом конфигурации белков является альфа-спираль. Это спиральная структура, которая напоминает стержень. Полипептиды приобретают такую упаковку самопроизвольно вследствие своей специфической динамической стабильности. Лабораторные опыты по синтезу полипептидов из смеси лево- и правовращающих молекул закончились полной неудачей из-за невозможности привести в соответствие друг с другом молекулы двух разных форм, не искажая при этом химических связей. Спираль растет очень быстро, когда соединения находятся в той или иной оптически активной форме, и полипептиды, построенные только из одной формы, по-видимому, обладают большими преимуществами по сравнению с другими. Существует тенденция к сегрега-
96
Кристаллы щавелевокислого натрийаммония и увеличенная модель кристаллов. Пастер обнаружил асимметрию в этих кристаллических структурах и демонстрировал их модели на лекциях.
ции лево- и правовращающих молекул, и по мере того, как белки делаются все больше и сложнее, она становится более строго выраженной.
Подобный эффект наблюдается и в случае нуклеиновых кислот. Структура молекулы ДНК по Уотсону и Крику связана с распределением различных функциональных групп вокруг асимметричного атома сахара — дезо-ксирибозы. В нуклеотидах пуриновые и пиримидиновые основания всегда одинаково ориентированы по отноше-
Колебания в световых волнах происходят в различных плоскостях, перпендикулярных направлению их распространения: эти волны некогерентны. Некоторые вещества поглощают или отражают все волны, за исключением тех, колебания в которых совершаются в одной избранной плоскости (справа): «отфильтрованный» свет теперь поляризован в определенной плоскости. Вещества, которые вызывают вращение плоскости поляризации света влево или вправо (слева), называются оптически активными.
07
нию к молекуле сахара и образуют спираль правого вращения. Противоположные по своей стереохимии молекулы дают стабильную, но отличающуюся от первой структуру. Следовательно, выбор формы имеет принципиальное значение. Как и в случае с белками, использование
I I
Обычная форма белковой молекулы — это спираль. Атомы распределены по полипептидной цепи в последовательности углерод — углерод — азот и «скреплены» образующимися между аминокислотами водородными связями так, что возникает единственно возможная стабильная форма — левовращающая спираль. В принципе она может быть и правовращающей, но природа «выбрала» левую форму. Даже в спирали второго порядка сложности (справа), которая отражает истинную специфическую структуру белковой молекулы, направление левого вращения сохраняется.
одного изомера является основным условием стабильности для совокупности молекул, образующих цепь нуклеиновой кислоты. Но это все же не объясняет, почему ?-аминокислоты необходимы для образования прочных и устойчивых белков, а ^-конфигурация дезоксирибозы важна для жизнеспособности двойной спирали ДНК.
Если предположить, что жизнь на Земле началась в результате некоего одного-единственного акта, то воп-
98
Джеймс Уотсон (слева) и Фрэнсис Крик со своей первой моделью молекулы ДНК, имеющей ярко выраженную правовращающую форму.
рос об изначальном выборе между право- и левовращаю-щими формами молекул не имеет смысла. Накопленные к настоящему времени данные позволяют считать, что возникновение жизни происходило почти одновременно в бесчисленном множестве областей первичной Земли. Если необходимые для возникновения жизни молекулы тогда уже существовали, то следует полагать, что в первозданных условиях преобладали /.-аминокислоты и ?-са-хара. Существует много предположений о предпочтительности синтеза одной формы по сравнению с другой. Одно из них касается действия поляризованного по кругу света, излучаемого Луной или образующегося при отражении от поверхности океана. На поляризацию света может также влиять магнитное поле Земли. Однако, несмотря на кажущуюся правдоподобность этой гипотезы, в ее пользу свидетельствует крайне небольшое число экспериментальных данных.
99
Электрон обладает отрицательным зарядом. Его античастица — позитрон, имеющий равный по величине, но противоположный по знаку заряд, — видна на этой фотографии, полученной в диффузионной камере, помещенной в магнитное поле. Пролетая через камеру, частицы в зависимости от знака заряда отклоняются влево или вправо; тем не менее в физике положительные и отрицательные заряды симметричны, тогда как в биохимии подобная симметрия отсутствует.
Преимущественное образование одной из форм может быть также обусловлено и свойствами асимметричной поверхности. Вполне возможно, что на кристаллах кварца происходили первичные синтезы, Тогда левовращающие формы кварца должны были вызывать образование А-аминокислот, в то время как на правовращающих формах возникали ?>-аминокислоты. Однако в природе всегда существует равное количество кристаллов обоих типов. И снова, но в несколько иной форме мы возвращаемся к вопросу, с которого начали наши рассуждения.
