Аминокислоты и возникновение жизни

Асимметричный синтез клеткой органических веществ происходит на базе уже существующей в них асимметрии. Таким образом, вопрос сводится к тому, как впервые возник асимметричный синтез. В современной литературе можно найти значительное количество гипотез, объясняющих происхождение оптической активности. Согласно одной из них возникновению жизни должно было предшествовать сильное нарушение зеркальной симметрии в виде скачкообразного перехода (как это имеет место при кристаллизации). По проведенным расчетам, в условиях первобытной Земли скачкообразный переход существовавших органических молекул из симметрического состояния в асимметрическое — событие весьма вероятное. Основные этапы процесса, по этим представлениям, следующие первый этап — абиогенное образование и накопление органических молекул в виде рацемических смесей следующий этап — нарушение зеркальной симметрии в рацемическом бульоне и формирование только одного типа асимметрических молекул -аминокислот и /)-сахаров, из которых образуются короткие цепочки молекул — блоков будущих ДНК, РНК и белков. Принципиальное значение стереоизомерии в возникновении жизни заключается в том, что способностью к точной репликации (самовоспроизведению) и, следовательно, к передаче точной информации обладают только полимерные молекулы, построенные из асимметрических мономеров одного типа, т. е. только -типа для аминокислот и /)-типа для сахаров. Поли-нуклеотоиды, синтезированные из мономеров разного типа, способностью к точной репликации не обладают. [c.198]

Атмосфера больших планет (Сатурн, Юпитер) содержит много метана это-указывает на то, что метан может возникать в естественных условиях и в отсутствие органической жизни. Одна из теорий возникновения жизни предполагает, что жизнь возникла тогда, когда Земля была окружена атмосферой, содержащей СН4, NH3, HjO и Нг. Энергия солнца и электрические разряды способствовали распаду этих молекул до свободных радикалов, которые превратились в сложные органические соединения, включая аминокислоты. [c.57]

Однако было выдвинуто предположение, что первоначально соединения кремния играли важную и, по всей вероятности, необходимую роль в происхождении жизни. Гамов [5] отмечал, что переход от неживой материи мог протекать очень постепенно. Опарин [6] выдвинул постулат, согласно которому жизнь возникла посредством ассоциации простых, встречающихся в природе углеродных соединений с неорганическими веществами в коллоидной форме. Бернал [7] предположил, что коллоидные силикаты, вероятно, играли каталитическую роль в процессах формирования сложных органических молеку/ из простых молекул. Он допускал также, что первоначальная атмосфера Земли (до возникновения жизни) должна была состоять нз таких водородных соединений, как метан, аммиак, сероводород и водяные пары. Как показал Миллер [8], аминокислоты могут образовываться из метана, азота и водяного пара под влиянием электрических разрядов, поэтому могли существовать разнообразные органические соединения. Бернал высказал предположение, что обогащение простых органических молекул могло происходить при их адсорбции на коллоидных глинистых минералах, имеющих очень больщое значение удельной поверхностн и сродство по отношению к органическим веществам. Он указал, что небольшие по размеру молекулы, присоединенные к поверхности глины, способны удерживаться на ней не беспорядочно, а в определенных положениях как по отношению к поверхности глины, так и друг к другу. Таким образом, вследствие упорядоченного расположения эти молекулы могут взаимодействовать между собой с образованием более сложных соединений, особенно в том случае, когда осуществляется подвод энергии за счет падающего на поверхность света. Согласно Берналу, вначале могло происходить формирование асимметричных молекул, которые характерны для живых организмов. Это могло осуществляться путем более предпочтительной попарной адсорбции асимметричных молекул на поверхности кварца, так как кварц — единственный общеизвестный минерал, обладающий асимметричной структурой. [c.1006]

Серьезное значение стереохимия имеет для биологической хи-мин, поскольку большинство природных веществ (аминокислоты, углеводы, терпены) существуют в строго определенных пространственных формах, а неприродные стереоизомеры, как правило, резко отличаются от обычных природных форм своими физиологическими свойствами. Говоря о значении стереохимии для биохимии, нельзя неупомянуть и о большой методологической проблеме-вопросе о возникновении жизни на Земле, который неразрывно связан с вопросом о возникновении первичной асимметрии , т. е. о путях появления первых оптически активных органических соединений. [c.9]

Прямыми опытами было показано, что под действием ультрафиолетовых лучей (или электрических разрядов) на смеси водяного пара с СН4, НИз и На образуется ряд органических веществ, в том числе различных аминокислот. В отдаленные эпохи, когда еще не существовало защищающего Землю от жесткого солнечного излучения озонного слоя (И 4 доп. 3) условия для протекания такого фотохимического синтеза были весьма благоприятны. Так как аминокислоты являются основой белковых тел, первичное возникновение жизни могло быть связано непосредственно с подобными процессами. [c.82]

Все предположения касательно первого гена очень неопределенны и ненадежны — мы еще слишком мало знаем, чтобы можно было делать какие-то обоснованные выводы на этот счет. К тому же мы пока умолчали о главных трудностях. Только что было сказано в первичном бульоне в результате полимеризации возникают макромолекулы ДНК. Многие из них имеют бессмысленную последовательность нуклеотидов, но некоторые могут сойти за примитивные гены. Все это звучит весьма естественно, но в действительности здесь преуменьшено значение одного очень важного обстоятельства, а между тем оно вполне могло бы вообще свести к абсурду самую идею о возникновении жизни на Земле. Вспомните, чем закончился наш экскурс в комбинаторику (стр. 34). Мы узнали, что для белка, состоящего из 15 аминокислот, возможны 10 различных вариантов. Сделаем теперь еще один расчет. Возраст Земли составляет 3 миллиарда лет. Каждую секунду могла возникать одна молекула белка (которая позднее снова распадалась). Тогда в итоге на Земле за все время ее существования могло возникнуть вообще только 10 различных молекул белка (10 — это одна 10 -я часть от 10 ). Вероятность того, что среди этих 10 вариантов случайно имелись правильные , чрезвычайно мала. [c.401]

Одна из теорий возникновения жизни предполагает, что жизнь возникла тогда, когда Земля была окружена атмосферой, содержащей СН4, КНз, Н2О и Н2. Энергия солнца и электрические разряды способствовали распаду этих молекул до свободных радикалов, которые превратились в сложные органические соединения, включая аминокислоты. [c.61]

Первичный источник энергии в биохимической эволюции. Вслед за В. П. Скулачевым [266] можно считать наиболее вероятным источником энергии во времена возникновения жизни свет. Этот вывод означает допущение первичности фотосинтеза, возникновения его в самом начале совершенствования систем энергетических превращений в биологических системах. Конечно же, речь не идет о процессе, подобном современному фотосинтезу. Ясно, что только избирательное поглощение излучения способно обеспечить энергией лишь определенные процессы, а не все реакции, как, например, при нагревании. В процессах, идущих в первичных матричных структурах, существование такой избирательности вполне вероятно. Для нуклеиновых оснований характерно сильное поглощение в области 260 нм, что соответствует (в расчете на 1 моль) порции энергии около 100 ккал. Это, конечно, слишком много, но для начала эволюционного совершенствования вполне терпимо. Основной результат поглощения света с такой длиной волны полинуклеотидными цепями — разрыв валентных связей [154], например, отрыв нуклеинового основания от рибозы, замена одного основания на другое. Вследствие интенсивных мутаций и обусловленных ими вариаций последовательности аминокислот в полипептидной цепи происходил отбор катализаторов, способствующих синтезу пигментов, которые поглощают видимое и ближнее инфракрасное излучение, соответствующее нужным квантам энергии. [c.105]

Со стереохимической специфичностью ферментов тесно связан вопрос о том, как сохранилась оптическая активность природных веществ в течение всех геологических эпох, начиная. с возникновения жизни на Земле и до наших дней [52—55]. Как известно, рацемизация сопровождается увеличением энтропии, поэтому может совершаться самопроизвольно. И действительно, у многих природных веществ, например у аминокислот и оксикислот, мы наблюдаем самопроизвольное уменьшение вращательной способности. Другие природные вещества, такие, как стероиды, настолько прочно сохраняют свою оптическую активность, что мы еще обнаруживаем следы вращательной способности, например, в нефти. Если предположить, что ферменты в оптическом отношении также стабильны, то на первый взгляд нет ничего удивительного в том, что мы находим почти все природные вещества оптически чистыми, так как их вращательная способность обусловлена их ферментным происхождением. [c.136]

Последнее соображение особенно важно для тех, кто не склонен считать предложенные Фоксом условия среды (дождевая вода в действующем вулкане) слишком подходящими для возникновения жизни (см. гл. VI, разд. 7). Ведь если упорядоченность зависит от объемной структуры и электронной конфигурации аминокислот, то она возникнет в любой среде — и в горячей, предлагаемой Фоксом, и в водной с присутствием цианистого водорода или дицианамида, по Кальвину. Так что мы можем спокойно использовать результаты, полученные Фоксом в опытах со средами, более удобными в эксперименте, чем предлагаемые другими химиками, и переносить эти результаты на другие среды, которые кажутся более подходящими геологу. [c.138]

Проблема абсолютного асимметрического синтеза имеет громадное методологическое философское значение, так как она связана с кардинальным вопросом о возникновении жизни на Земле. Жизнь есть форма существования белковых тел (Энгельс), а живой белок слагается из аминокислот односторонней (левой) конфигурации. Жизненные процессы, в которых создаются оптически деятельные вещества, совершаются под влиянием оптически деятельных же ферментов. [c.146]

Другие исследователи предполагают, что код усложнялся в процессе эволюции по мере вовлечений большого числа аминокислот в синтез белков. В начальный период возникновения жизни сперва синтезировались более примитивные полинуклеотиды и полипептиды, чем существующие сейчас. Возможно, первоначальный код был дублетным, но в результате развития превра- [c.289]

Пам неизвестно, какое химическое сырье имелось на Земле в изобилии до возникновения жизни, однако среди возможных химических веществ, по всей вероятности, были вода, двуокись углерода, метан и аммиак — все это простые соединения, имеющиеся по крайней мере на некоторых других планетах нашей Солнечной системы. Химики пытались имитировать химические условия, существовавшие на юной Земле. Они помещали эти простые соединения в сосуд и подавали энергию, например ультрафиолетовое излучение или электрические разряды, имитирующие молнии. После нескольких недель такого воздействия в сосуде обычно обнаруживали нечто интересное жидкий коричневатый бульон, содержащий множество молекул, более сложных, чем первоначально помещенные в сосуд. В частности, в нем находили аминокислоты — блоки, из которых построены белки, составляющие один из двух главных классов биологических молекул. До проведения этих экспериментов обнаружение природных аминокислот рассматривалось как свидетельство присутствия жизни. Если бы аминокислоты были обнаружены, скажем, на Марсе, то наличие на этой планете жизни почти не вызывало бы сомнений. Теперь, однако, их существование должно означать лишь содержание в атмосфере Марса нескольких простых газов, а также наличие на этой планете вулканической активности, солнечного света или грозовых разрядов. [c.19]

Как показали экспериментальные данные, при возникновении жизни молекулярная организация складывалась в результате неслучайных процессов. Аминокислотам изначально присуща способность соединяться в определенной последовательности (Fox, 1984). [c.33]

Довольно привлекательной в настоящее время является низкотемпературная концепция происхождения жизни [18]. Во всех экспериментах, основанных на этой модели, из метана, аммиака и воды, минуя стадию мономеров, образовывались соединения полипептидного типа с высоким выходом аминокислот при последующем их гидролизе (более 30%), а также свободные и связанные порфирины, полисахариды и вещества липидной природы. Характерно, что в этих условиях могли образовываться лишь азотистые основания, но не нуклеиновые кислоты. Важная роль в происхождении упорядоченности, как и в работах других авторов [2, 4, 8], придается в этой модели процессам самосборки и возникновению структур типа мембран. Однако и данная модель не дает ответа на вопрос о критериях отбора макромолекул, обеспечивающих их совершенствование н возрастание упорядоченности. [c.20]

При генезисе земной коры ее атмосфера состояла из СЩ ЫНз, Нг, НгО, N2. Компоненты земной коры Ре, N1", РеЗ, УОг, 51С при трении в присутствии компонентов атмосферы вызывали механосинтез элементарных веществ вплоть ло аминокислот, которые и являлись теми кирпичиками , из которых путем усложнения создавались белковые вещества — основа возникновения органической жизни на земле. Здесь следует оговориться, что механических сил для инициирования этих процессов вполне достаточно. Даже сейчас фиксируется до 10 в год тектонических колебаний, сдвигов в наружных слоях земли, несоизмеримо больше микросейсмических явлений, разрушительных воздушных и морских потоков и т. д. Что касается времени, то его было тоже достаточно — многие сотни миллионов лет. В работе [569] экспериментально изучены реакции 81С в вибромельнице из кварца в атмосфере Н2О, Н2, КНз, N2 при частоте всего 10—11 Гц и показано, что 8 С при трении в Нг дает газообразные СН4, СгНе, С3Н3 и т. д., причем при любой температуре — 77, 300 и 800 К. Не малую роль при этом играет и присутствие каталитически активных элементов в этой системе Ре, Р1, Мо, W, которые ускоряют процесс синтеза углеводородов и углубляют гомологический ряд. [c.247]

Богатейший материал этого рода дали анализы первичной структуры аномальных гемоглобинов человека, где замена всего лишь одной аминокислоты в а-, Р-, у или б-цепи сопровождается возникновением каждый раз нового типа аномального гемоглобина. Таких гемоглобинов известно сейчас более двухсот. Они являются источником заболеваний человека, относящихся к категории молекулярных болезней. Так, например, при замене в Р-цепи гемоглобина человека шестого остатка глу на остаток вал возникает аномальный гемоглобин 5. Это приводит к образованию эритроцитов серповидной формы с меньшим временем жизни, результатом чего является тяжелое наследственное заболевание—серповидная анемия. [c.64]

Насколько нам известно, ферменты синтезируются только при участии сложной системы рибосом, описанной в гл. 1Г (исключение составляет искусственный химический синтез pir-бонуклеазы А, осуществленный недавно см. с. 881—882). В биологических системах последовательность аминокислот в правильных ферментах задается носителем генетической информации— молекулой ДНК. Тот факт, что код в основном одинаков и у очень примитивных, и у высокоорганизованных организмов, говорит о том, что ферментсинтезирующая система возникла миллиарды лет назад и что она определяла синтез ферментов, возможно, с самого момента возникновения жизни. Таким образом, в очень давние времена у дрожжей и у человека существовал общий предок [c.132]

Сейчас о<бщи.м признанием пользуется теория абиогенного происхождения жизни, ее самопроизвольного возникновения из первичных, сравнительно простых веществ, содержавшихся в архаической атмосфере Земли и в океанах. Эта теория была особенно подробно развита и аргументирована Александром Ивановичем Опариным. По-видимому, первичная атмосфера Земли содержала небольшие количества углекислого газа, воды, азота, аммиака, сероводорода, метана. Свободного кислорода ие было. Как доказано прямыми опытами, из этих простых молекул может получиться сложная органика. Так, под действием электрического разряда (гроза ) и ультрафиолетовых лучей (солнце ) из смесей таких простых веществ во,31Никают различные органические соединения, в том числе и аминокислоты. Образование примитив1ных предшественников живых систем, вероятно, про.исходило в водной среде,, в прибрежных зонах океана из этой органики. Как это происходило, мы не знаем, хотя наука и располагает здесь рядом гипотез. Мы этого, очевидно, и не узнаем до тех пор, пока не удастся получить живые клетки искусственно. Думаю, что это фантастическое событие не за горами. [c.215]

R изменившихся условиях внешней среды докембрия аминокислоты иревратилис ) в простейшие белки. Эти неживые белки образовали коацерваты, длительная эволюция которых привела к живому бесструктурному белку, к первичным гетеротрофным организмам, дифференциация и дальнейшее развитие которых привели к фотосинтезирующим синезеленым водорослям. После возникновения жизни и появления фотосинтеза дальнейшая эволюция приве 1а к мтюжеству форм растительных ti животных организмов, в которых происходят более сложные превращения, носящие название биосинтеза. [c.29]

Проблема биосинтеза белков — важнейшая проблема биологии. Разрешение ее в значительной мере приближает нас к выяснению пути возникновения жизни на земле. Она чрезвычайно сложна и требует различных подходов для своего изучения. Принципиально важно, что разработка проблемы биосинтеза белка находится в центре внимания многих исследователей, что найдены пути, ведунц1е к ее разрешению. В связи с этим интересно привести данные, подтверждающие основное положение об участии нуклеиновых кислот в биосинтезе белков, связывание ими аминокислот. [c.430]

Отвлечемся на время от кжтки потому, что эволюция беспомощна даже перед ее частицами. Образование естественным путем одной молекулы белка, сотни видов которой составляют клетку, невозможно. Определенное количество и виды упорядоченных молекул, называющихся аминокислотами, образуют более крупную молекулу - белок. Эти молекулы являются фундаментом живой кжтки. Самые простые из них содержат около 50 аминокислот есть виды, в которых число аминокислот превышает тысячи. Самое же главное, недостаток, избыток или же изменение месторасположения хотя бы одной аминокислоты в строении белка превращает белок в бесполезную кучу молекул. Поэтому каждая аминокислота должна находиться на своем месте. И безысходность теории, утверждающей случайное возникновение жизни, связана именно с этой систематичностью. Ведь гениальность такою порядка необъяснима случаем . [c.102]

Оценим количество полезной (или ценной) информации, которое содержится в типичном белке, состоящем из 200 остатков. Целью будем считать выполнение определенной функции (например, репликазной, поскольку она наиболее важна в проблеме возникновения жизни). Максимальная (заведомо завышенная) оценка соответствует предположению о том, что все аминокислоты должны быть зафиксированы в определенных местах. Тогда [c.278]

Анализируя проблему возникновения жизни, Д. С. и Н. М. Чер-навские [322] выдвинули гипотезу о возможном механизме установления соответствия между последовательностями нуклеотидов и аминокислот. Они предположили, что двойная полинуклеотидная спираль служит гетерогенным катализатором, ускоряющим синтез пептидных связей между аминокислотами, адсорбированными на полинуклеотиде. Так образуется белковый чехол, предохраняющий полинуклеотидную двойную спираль от разрушений, который сам может обладать каталитическими свойствами, способствующими тем или иным путем образованию полинуклеотидных цепей. Для того, чтобы такой механизм играл биологическую, т. е. эволюционную, роль, последовательность, аминокислот, образующих белковый чехол, должна зависеть от последовательности нуклеотидов. Гипотеза ценна тем, что ее можно проверить экспериментально (см. также [371]). [c.54]

Использование различных смесей газов, подобных газам первичной атмосферы, различных видов энергии, которые были характерны для нашей планеты 4—4,5 10 лет гому назад, и учет климатических, геологических и гидрографических условий того периода позволили во многих лабораториях, занимающихся возникновением жизни, найти доказательства путей абиотического возникновения таких микромолекул , как альдегиды, нитриты, аминокислоты, моносахариды, пурины, порфирины, нуклеотиды и т. д. (табл. 2). [c.11]

На второй стадии попыток разъяснения случайного возникновения жизни эволюционжтов ждет проблема поважнее, чем аминокислоты - белки. То есть строительный материал жизни, образующийся путем последовательного соединения сотен различных аминокжлот [c.117]

Как уже упоминалось ранее, при синтезе белка между аминокислотами образуется пептидная связь. Во время этого процесса выделяется одна моле-кулаводьи Этаситуациякоренньш образом опровергает утверждения эволюционистов о возникновении жизни в океане. Потому что в химии, согшсно принципу Ле Шателье , реакция, которая образует воду(реакция конденсации), не будет завершена в среде, состоящей из воды. Протекание этой реакции в водной среде характеризуется среди химических реакций, как наименьшая вероятность . Отсюда следу т, что океаны, в которых якобы возникла жизнь, отнюдь не подходящая среда для образования аминокислотыи впоследствии - белка. [c.118]

Развитие биохимических исследований способствовало возникновению нового направления в науке — химической палеогенети-ки, изучающей эволюционное развитие организма на молекулярном уровне. Показано, что начиная с момента возникновения жиз-> 1 на Земле ее прошлое подробно записано. Эта запись хранится в закодированной форме в гигантских молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В более осязаемой форме генетическая информация воплощается в белковых молекулах, которые определяют форму и функцию организма. Таким образом, ДНК и белок служат живыми документами эволюционной истории. Зная последовательность расположения аминокислот основных полипептидов белковой молекулы какого-нибудь древнего организма, можно будет предположить и некоторые физиологические функции, например, способен ли был этот органиг.м существовать в условиях современной атмосферы или он был приспособлен к жизни в атмосфере, обладавшей иными свойствами, и т. д. [c.4]

Кратко рассмотрим мнения ученых о времени, среде и особенностях возникновения жизни на Земле. Большинство из них считают, что жизнь зародилась на Земле 3,8-10 лет тому назад в водной среде при низких температурах [4, 13, 21, 27]. Интересно отметить, что на XXVII Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984) профессор из Нидерландов Дж. Гринберг сообщил, что на поверхности частиц межзвездной пыли обнаружены слои сложных органических молекул, близких к аминокислотам, которые могли когда-то положить начало био-чпогическому всплеску на нашей планете. Кстати, следует напомнить, что углистые хондриты также содержат аминокислоты и другие биологические вещества, которые, по мнению ученых, существовали на [c.87]

Специфическая функция большинства белков решающим образом зависит от немногих аминокислотных позиций. Функциональные ограничения носят столь общий характер, что они вполне совместимы с множеством различных аминокислот например, трехмерная структура белка может сохраняться при самых разнообразных аминокислотных заменах. При этом в результате генетического дрейфа может происходить сдвиг частот тех или иных оснований, что в свою очередь приводит к возникновению полиморфизма на уровне белков. Системы полиморфизма детерминируют небольшие функциональные различия, не влияющие или лишь незначительно влияющие на приспособленность (разд. 6.2.1.1) их носителей, и вызывают действие естест-вешого отбора. При изменении экологических условий полиморфные системы могут стать источником наследственной изменчивости и обеспечить быструю адаптацию. С другой стороны, тот факт, что для большинства систем полиморфизма селективные влияния пока неизвестны, не означает, что отбор отсутствовал. Просто его трудно обнаружить, особенно среди населения экономически развитых стран, где современная цивилизация значительно изменила условия жизни людей, исключив некоторые потенциально весьма существенные селективные факторы, например инфекционные болезни и недоедание. Для выяснения соответствующих селективных механизмов необходимо сформулировать специальные, обоснованные с функциональной точки зрения гипотезы. Это не означает. [c.25]

Для проверки гипотезы о самопроизвольном возникновении аминокислот и других молекул жизни в условиях, которые, как считают, должны были существовать в первичной атмосфере Земли и океана, были проведены лабораторные опыты, В 1955 г. в Чикагском университете Стенли Миллер подвергал в течение недели действию электрического разряда смесь метана, аммиака, воды и водорода. В конце опыта при гидролизе реакционной смеси он обнаружил глицин и другие аминокислоты. Действительно, более 2% метана исходной смеси превратились в глицин. Этот замечательный результат ясно показывает, что в природе по крайней мере при определенных условиях проведения реакции происходит образование молекул жизни, и в гораздо большей степени, чем можно было бы ожидать по соображениям статистики. Как этот, так и другие эксперименты, проведенные позже, показывают, что аминокислоты и другие важные для жизни шdлtкyл.ы могли образоваться небиогенным путем. Однако было ли так на самом деле Есть ли в природе свидетельства того, что когда-либо это случилось на Земле или где-либо еще во Вселенной Да, есть [c.17]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология