Следующим за образованием мономеров шагом эволюции на пути к возникновению жизни являлось их объединение в полимеры, в частности в соединения, аналогичные белкам и нуклеиновым кислотам, играющим исключительно важную роль в организации живых существ.
Принципиальная возможность такой далеко идущей абиогенной полимеризации органических веществ подтверждается рядом опытов, где в качестве мономеров использовались в первую очередь аминокислоты и родственные им соединения.
Здесь прежде всего нужно упомянуть об исследованиях Акабюри, который еще в 1955 г. указывал на возможность в условиях примитивной Земли абиогенного синтеза протобелков (т. е. аминокислотных полимеров со случайным расположением аминокислотных остатков в полипептидной цепи). Вскоре он доказал эту возможность экспериментально, получая из формальдегида, аммиака и HCN аминоацетонитрил, поликонденсат которого адсорбировался на каолине с образованием полиглицина. Затем в полиглицин можно вводить боковые Цепи путем реакции с альдегидами или с ненасыщенными углеводородами. Таким путем Акабюри удалось получить полиглицин и его аналоги с молекулярным весом приблизительно равным
15 000.
Фокс и его сотрудники, имитируя вулканические условия, подвергали смесь 18 аминокислот нагреванию при 170° С на куске лавы в течение 6 час. Для того чтобы расплавить смесь до ее обугливания, бралось избыточное количество дикарбоновых аминокислот. В других случаях нагревание осуществлялось в присутствии полифосфатов, что позволяло снизить температуру нагревания до 100° С.
При таком температурном воздействии образуется янтарного цвета полимер с молекулярным весом в несколько тысяч (от 5 000 до 10 000), содержащий все взятые в опыт типичные для белка аминокислоты (потерявшие, однако, свою оптическую активность). Этот полимер был назван Фоксом протеиноидом за его сходство по ряду признаков с белками.
При дальнейших исследованиях были выявлены два очень интересных свойства протеиноидов: во-первых, то, что они обладают известной внутримолекулярной упорядоченностью, повторяющейся последовательностью аминокислотных остатков, и, во-вторых, имеют хотя и слабую, но вполне экспериментально обнаруживаемую ферментативную активность (катализ гидролиза, декарбоксилирования, аминирования и дезамннирования).
Из многочисленных работ по синтезу полипептидов в водной среде следует назвать следующие: поликонденсацию глицина при его нагревании в водном растворе аммония, при γ-облучении; ацетилглицин при термальной обработке растворов цианистого аммония, при нагревании смеси HCN, NH3, при полимеризации аминоацетонитрила, цианамида и дицианамида.
Очень важным вопросом при синтезе полипептидов и белковоподобных соединений является та последовательность, с которой аминокислотные остатки связываются между собой в полипептидные цепи. При современном биологическом синтезе белков эта характерная для каждого индивидуального белка последовательность (первичная структура) определяется нуклеиновым кодом, но, как указывалось выше, уже при термальном синтезе Фокса, в отсутствие нуклеиновых кислот создался некоторый постоянный порядок соседствования аминокислот.
Штейнман присоединял первую в ряду аминокислоту к гранулам высокомолекулярного полимера (хлорметилированного полистирола) и таким образом получал смолу с присоединенной к ней одной аминокислотой. Затем он исследовал относительную эффективность присоединения к ней ряда других аминокислот с незащищенной аминогруппой.
Экспериментально определяя выходы различных дипептидов, Штейнман сопоставлял эти результаты с частотой аминокислотных пар, определенных по «Атласу белковых структур» в современных белках, и обнаружил значительное совпадение. Кальвин в своей книге «Химическая эволюция» дает модель системы воспроизведения полипептида без матрицы, на основании контроля со стороны растущего конца. Интересно сопоставить эти высказывания Кальвина с замечательным синтезом полипептида (грамицидина С), осуществленным Липманном.
В более сложных и довольно трудновоспроизводимых в природе условиях были синтезированы и полимеры нуклеотидов, образующие цепочки, аналогичные молекулам нуклеиновых кислот современных организмов.
Замечательные работы Корнберга и другие показали возможность синтеза нуклеиновых кислот in vitro. Однако эти биосинтезы могут проходить только в присутствии соответствующего специфического фермента, и поэтому они не могут служить моделью для абиогенных процессов на примитивной Земле.
Некоторая вероятность такого синтеза была впервые намечена Шраммом в его работах с полифосфорным эфиром. В дальнейшем было показано, что цитидинфосфат может конденсироваться в олигонуклеотиды с помощью полифосфорной кислоты. В модельных опытах, более приближающихся к условиям первичной Земли, была показана способность карбодиимида стимулировать образование ди- и тринуклеотидов из смеси нуклеозидов и нуклеотидов в разведенных водных растворах (Оргель и сотр.).
Прочие статьи:
Современное состояние проблемы происхождения жизни
В настоящее время центральной проблемой о вопросе происхождения жизни на Земле является описание эволюции развития механизма наследственности. Ученые сегодня убеждены, что жизнь возникла только тогда, когда начал действовать механизм репл ...
Методы исследования. Метод определения активности основных
карбоксипептидаз
Активность КПН определяли флюорометрическим методом Fricker и Snyder [153].
Для определения активности КПН 50 мкл гомогената ткани добавляли к 150 мкл (в случае опытной пробы) 50 мМ натрий-ацетатного буфера, рН 5,6, содержащего 50 мМ NaC ...
Завершающий период (150 – 60 до н.э.):
К самостоятельным достижениям римской математики можно отнести лишь создание системы грубо приближенных вычислений и написание нескольких трактатов по геодезии. Наиболее значительный вклад в развитие античной математики на заключительном ...