Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В газовой фазе Миллер обнаружил окись идвуокись углерода и азот, которые. очевидно, образовались из исходной газовой чАОть 1 БипмОлекулы ды Искровой рнзрвд месь и, си,, , иН О рн 80'С Рис. 3-1б. Искроразрвдпый аппарат, предназначенный дав демонстрации абиотического абрааованив органических соединений в зев овика первичной атмосферы. смеси. В темно окрашенном конденсате содержались значительные количества водорастворимых органических веществ. Среди соединений, идентифицированных Миллером, оказались а-аминокислоты, в том числе некоторые аминокислоты, входящие в состав белков.
Кроме того, было обнаружено несколько простых органических кислот, встречающихся в живых организмах, и в частност и уксусная кислота. Миллер высказал предположение, что сначала из метана и аммиака образовался цианистый водород (НСХ)- вещество„ обладающее очень высокой реакционной способностью; последующее взаимодействие цианистого водорода с другимн компонентами газовой смеси привело к образованию ряда аминокислот. С тех пор другие исследователи провели много экспериментов подобного типа с использованием различных смесей газов, в том числе азота, водорода, окиси и двуокиси углерода; эти эксперименты вновь продемонстрировали, что при наличии доступНого источника энергии из таких смесей лепте образуются аминокислоты и дру- гие органические биомолекулы. Было установлено, что образование простых органических молекул активируется под влиянием самых разных форм энергии и излучения — тепла, видимого света, ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей, у-излучения, искровых и тихих электрических разрядов, ультразвука, ударных волн, а также а- и б-частиц.
В экспериментах по имитации условий, существовавших на первобытной Земле, легко образуются сотни различных органических соединений, в том числе представители всех наиболее важных типов молекул, содержащихся в клетках, а также целый ряд ветцеств, не встречающихся в живой природе, Среди всех этих веществ обнаружены многие аминокислоты, входящие в состав белков, азотистые основания, выполняющие роль строительных блоков нуклеиновых кислот, и ряд органических кислот и сахаров, содержащихси в биологических системах. Таким образом, представляется вполне вероятным, что первичный океан был обогащен растворимыми органическими соединениями, в число которых, возможно, входили многие, если не все, молекулы, используемые сегодня в живых клетках в качестве строительных блоков.
Важным подтверждением того, что простые органические молекулы могут образоваться небиологическим путем, послужило обнаружение спектроскопическим методом сотен различных органических соединений в межзвездном пространстве. Эти наблюдения позволили предположить. что жизнь могла возникнуть и в других частях Вселенной.
Под термином химическая эволюция подразумевается возникновение органических веществ из неорганических прелшественников под воздействием энергии и их дальнейшее развитие. Теперь мы знаем, что Земля образовалась примерно 4оОО млн. лет назад. Предполагается, что химическая эволюция продолжалась на Земле по меньшей мере в течение первых 1000 млн. лет ее истории. Затем, вероятно около 3500 млн.
лет назад, возникли первые живые клетки, после чего начался процесс биологической эволюции, который продолжается и в наши дни. ГЛ. 3. СОСТАВ ЖИВОЙ МАТЕРИИ: БИОМОЛЕКУЛЫ Сейчас концентрация органических соединений в океанах относительно невелика; вне живых организмов биомолекулы можно обнаружить лишь в следовых количествах. Что же случилось с первичным «бульоном», богатым органическим веществом? Предполагают, что первые живые клетки использовали содержащиеся в морях ор~ анические соединения не только как строительные блоки для создания собственных структур.
но и в качестве питательных веществ или «топлива», чтобы обеспечить себя энергией, необходимой для роста. Постепенно с течением времени органические вещества в первичном море стали исчезаз ь быстрее, чем они образовывались под воздействием природных сил. Эта идея, а по существу и вся концепция химической эволюции в целом. была сформулирована более 100 лет назад Чарлзом Дарвином. Об этом свидетельствует следующий отрывок из письма, которое оц написал в 1871 г. сэру Джозефу Хукеру: «Часто говоря ц что н сейчас существуют все условия, которые необходимы были для возникновения первых живых организмов. Но если [о, как велико это «если») предположить, что в одном из неболыцих теплых водоемов из всех содержащихся в нем производных аммиака и солей фосфорной кислоты под влиянием света, тепла, электричества н т.д.
возникло белковое соединение, готовое к дгшьнейшим более сложным превращениям, то в наши дни оно было бы немедленно поглощено или уничтожено. Однако до того, как появились живые существа, этого произойти не могло». Исчезновение органических молекул из морей заставило живые организмы «учиться» самим создавать свои собственные органические биомолекулы. Они научились использовать энер1ию солнечного света путем фотосинтеза для получения сахаров и других органических соединений из двуокиси углерода; онн научились также фиксировать азот из атмосферы и превращать его в азотсодержащие биомолекулы, например аминокислоты.
В ходе дальнейшей эволюции различные живые организмы начали взаимодействовать друг с другом, обме- ниваясь питательными веществами и энергией, что приводило к созданию все более сложных экологических систем. Опираясь на эти вводные главы, посвященные клеткам и взаимодействующим биомолекулам, из которых они состоят, мы можем приступить теперь к более детальному рассмотрению молекулярных компонентов клеток, не забывая о том, что все они подчиняются сложным законам молекулярной логики живого. Мы начнем с воды — жидкого матрикса всех живых организмов. Краткое содержание главы Большая часть сухого вещества живых ор~ анизмов состоит из углеродсодержащих органических соединений, в которых атомы углерода ковалентно связаны с другими атомами углерода, а также с атомами водорода кислорода и азота.
Углерод был отобран в холе биологической эволюции, по-видимому, из-за наличия у него целого ряда благоприятных свойств. К их числу относится способность углеродных атомов соединяться друг с другом при помощи одинарных и двойных связей, что делает возможным образование самых разнообразных (линейных, разветвленных и циклических) скелетных структур, к которым присоединяются различные функциональные группы. Органические биомолекулы имеют характерные трехмерные формы, или конформации. Многие бномолекулы существуют в асимметрических, илн хиральных, формах, называемых энантиомерами.
Ббльшая часть органического вещества в живых клетках состоит из макро- молекул четырех основных типов: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов н ансамблей лнпидных молекул. Все макромолекулярные системы образуются из небольших, ковалентно связанных лруг с другом молекул, играювцих роль строительных блоков; число типов таких молекул относительно невелико. Молекулы белков представляют собой цепи. построенные из аминокислот двадцати типов; нукленновые кислоты — это цепи, состоящие из нуклеотидных единиц 76 ЧАСТЬ 1.
БИОМОЛЕКУЛЫ четырех типов, а полисахариды-цепи простых повторяющихся остатков сахаров. Нуклеиновые кислоты и белки называются информационными макромолекулами; так как характерные последов»- тельности их строительных блоков отражают генетическую инднвилуалысость различных видов организмов. Полисахарилы, напротив, не являются информационными молекулами, поскольку они состоят из одинаковых повторяющихся единиц. В молекулярной организации клеток существует структурная иерархия. Клетки содержат органеллы, такие, как ядро и митохондрии, которые в свою очередь содержат надмолекулярные структуры, например мембраны и рибосомы, а эти последние представляют собой группу объединенных между собой макромолекул, связанных друг с другом с помощью многочисленных относительно слабых межмолекулярных связей.
В макромолекулах отдельные строительные блоки соединены друг с другом ковалентными связями. Типичные биомолекулы, используемые в качестве строительных блоков, возникли самопроизвольно на ранних этапах истории Земли из атмосферных газов и воды под воздействием энергии. Эти процессы, в совокупности называемые химической эволюцией, можно воспроизвести в лабораторных условиях. Современные биомолекулы (строительные блоки), по-видимому, были отобраны на ранних этапах биологической эволюпин благодаря тому, что они оказались лучше других приспособленными для выполнения биологических функций.
Число таких биомолекул относительно невелико, однако они обладают весьма разнообразными свойствами и каждая из них может выполнять в клетках самые разные функции. ЛИТЕРАТУРА Вайег Л.?„АВеп б.Е. Мацег, Епегйу. апд ЗлГе: Ап 1псгсдиссюп Гог Вю!ойу Ясидепсз, 466 ед„ Адд!зоп-ЗЧш1еу, Иеад)пй, Мазз., 1981. Са!!гсгаггс Р. М., бгпуеа .1.
Вякк СЬет(зсгу: Оепега!, Огйап)с, В1о1орса1, уцогсЬ, Ыеск Чогй, 1980. Са1тп М. СЬепцса! Его(ибоп, ОхГогд Пп)гегз(су Ргем, Еопдоп, 1969. (Имеется перевод: Кальвин М. Химическая эволюция:-Мл Мнр, 1971.) Рийгггап Е.Е„беп 1. СЬеплз1гу, Мацег, апд Гйе ()п)гегзе, Веп)аш)п, Меп1о Раг1с, Са1й., 1976. ргсгдеп Е. ТЬе СЬеппса) Е!еглепж оГ 3.де, Бс).
Аш„227, 52-64, 3и1у (!972). Еейп!идег А.?. В(асйешйсгу, 2д ед. Тцопп, Ытч Чагй, 1975 В главе 37 более подробно риссматривашся происхождение бномолекул и клеток. Магпкап д. Т„Вауд д.р?. Огйап)с СЬешисгу, 3д п)., Айуп апд Васоп, Воз!оп, 1973. Прекрасный учебник органической химин; рассматриваются многие биомолекулы. Огдг! Е. ТЬе Ог)8)пз оГ Ьсуес Мо1еси!ез апд Ыасига! Яе!есбоп, %йеу, Ыесг Чог)с, !973. Очень интересная книга. Иеспьггд Я. ТЬе Р(гзс ТЬгее Митсез: А Мадегп ЧГечг оГ сЬе Опд)п оГ 1Ье ()п)ческе, Вапс Воохз, Ыесг Чогй, 1977.
И'Ьпе Е.Н. СЬеппса! Вас3сйгоипд Гог сЬе В(о)ой(са! Яс)евсея, 2д ед„ргеппсе-Най, Епд!ткосд С!й(з, Ы.)., 1970. Вопросы и задачи 1. Витамин Сс атяичиетгя ли искусственно гикткзиравапиый витамин ат природного? Производителя пнщевык продуктов, богатых вигаминами, утверждают, в частности, что витамины, полученные нз природных источников, полезнее лля здоровья, чем синтезированные искусственным путем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
