Как возникла молекула жизни. Часть 2.
Но, как же появилась такая молекула? Чтобы ответить на этот вопрос сначала надо понять следующие явления.
- Как появились элементы составляющие молекулу,
- Как произошел синтез молекулы из этих элементов.
С первым пунктом все более-менее благополучно. В 1953 году С. Миллер из смеси метана, аммиака, молекулярного водорода и паров воды при помощи электрических разрядов получил некоторые биохимические элементы. В частности в результате реакции образовались аминокислоты (глицин, a- и b-аланин, глутаминовая, аспарагиновая кислоты и др.) и органические кислоты (муравьиная, уксусная, пропионовая, гликолевая, молочная). Были обнаружены жирные кислоты.
Довольно простые опыты показывают, что добавляя простые ингредиенты (C2-, C3 -углеводородов, уксусного альдегида, гидроксиламина, гидразина и др.) в смесь и модифицируя среду (рентгеновское излучение, ультрафиолет, быстрые электроны и т.п.) можно получить почти весь ряд аминокислот и много других побочных соединений. Для этого надо, примерно, такие элементы: CH4, NH3, H2, H2O, CO2, CO, N2,HCN, H2S.
Из формальдегида абиогенным путем удалось синтезировать приблизительно 30 видов моносахаров (гексоз, пентоз, тетроз, триоз).
Дальше были синтезированы азотистые основания. К. Поннамперум из аденина и рибозы получил аденозин, а из него получили АМФ, АДФ, АТФ.
Все исходные простые элементы присутствовали в первобытном бульоне.
Следующие шаги состояли в попытках синтеза полинуклеотидов и полипептидов. Можно сказать, что и в этой области синтеза есть определенные успехи – удается абиогенным путем получить не большой длины молекулы.
Все это более подробно изложено М.В.Гусевым, Л.А.Минеевой на странице – глава 12.
Со вторым пунктом несколько сложнее. Пока длинных и устойчивых молекул с нуклеотидами и с аминокислотами получить не удается.
Хороших успехов в синтезе полинуклеотидных цепей добился Анатолий Альтштейн из Пущино. Он синтезировал некоторую последовательность нуклеотидов и соответствующую ее последовательность аминокислот. Правда синтез этих полинуклеотидов и полипептидов производился внешним образом и симбиоз нуклеотидов и аминокислот получился какой-то не естественный. Не раскрыт внутренний механизм воздействия элементов друг на друга. Но важно то, что есть опытное подтверждение того, что белок ферментирует полимеризацию нуклеотидов.
На первый взгляд, кажется, что построение молекулы из готовых элементов является простой задачей. Мы хорошо знаем химическое строение молекулы и ее состав: дезоксирибоза, фосфат и четыре основания. Знаем, что основания присоединяются в одной точке к сахару, сахар второй точкой присоединяется к фосфату. Эта конструкция называется нуклеотид. Нуклеотиды соединяются последовательно – сахар одного нуклеотида соединяется с фосфатом другого нуклеотида. Схема такая (Рис. 8.):
На этой схеме изображены четыре нуклеотида 1-2, 4-5, 1'-2', 4'-5'. Первые два нуклеотида образуют одну ветвь молекулы, а два последние нуклеотиды организуют вторую комплементарную ветвь. Ветви соединены связями 6 и 7.
Схема на вид очень проста, но чтобы ее реализовать будь то природе, будь то человеку, следует решить некоторые вопросы.
- В каком порядке возникают данные связи? Какие связи могут идти параллельно?
- Какое качество этих связей? Кто инициатор организации связи?
Как не странно, но, к сожалению, явного ответа на эти вопросы отыскать, пока не удается. Может просто не везет? А ведь без ответа на эти вопросы, ни о каком синтезе молекулы можно и не мечтать.
В макромире человек так себя и ведет. Чтобы собрать двигатель автомобиля на конвейере, он ставит на конвейер блок цилиндров, укладывает на коренные подшипники вкладыши, на эти вкладыши кладет коленчатый вал, снова монтируется вторая половина вкладыша, ставится на шпильки другая часть подшипника, заворачиваются и шплинтуются гайки. И данный порядок практически невозможно изменить, по крайней мере, в разумных пределах. Очевидно, также мы должны действовать и в микромире.
Если, допустим, первой организуется связь 1, то следует искать, что является катализатором для данной связи (температура, давление, глина, ультрафиолет, свободный фосфат, железо или что-нибудь другое). В случае глины, свободного фосфата или железа надо искать причину, то есть предыдущий катализатор, которая побудила выступить данные элементы в роли катализатора. И так продвигаться по причинно-следственной цепочке до понятного нам явления (температура, давление, влажность, наличие того или иного элемента и т.п.). Пределом мечты явилась бы в этом случае возможность измерять наличие излучаемых, тем или иным катализатором, фотонов (у автора сто процентная уверенность, что взаимодействие, между всем и вся, осуществляется на квантовом уровне - фотонами) и главное измерять их качество, то есть величины энергии фотонов. В этом случае мы бы знали, какой элемент излучает, а какой поглощает данное излучение и, следовательно, знали бы, что к чему движется. И важно то, что мы бы знали, какой из элементов модифицировался по энергетическому уровню, и теперь может сам стать инициатором организации следующей связи. Без таких измерений мы можем только умозрительно вычислять шаги синтеза. Проследуем возможными путями синтеза.
В какой-то “субвитальной зоне” тепловые фотоны, реликтовые фотоны, или какие-нибудь фотоны, генерированные грозовыми разрядами, прямо или катализируя глину (или какое-нибудь другое химическое соединение), и через нее, заставили азотистое основание излучать фотоны резонансные для одной из связей дезоксирибозы. Причем так уж случилось, что эти фотоны оказались резонансными для «правого» (правовращающего) сахара,а сахар противоположной ориентации не понимает данный свет. При таком положении дел дезоксирибоза двинется к основанию и закроет его возбужденную связь, при этом может оказаться сама под воздействием того же катализатора (или другого), и станет генерировать фотоны привлекательные для фосфата. Пока дезоксирибоза была свободна, она не могла светиться от данного потока фотонов или суммы некоторых фотонов, и поэтому не вступала в связь с фосфатом. Организуется связь 2 сахар – фосфат. В результате мы получили нуклеотид. Такие реакции могут осуществляться в любом количестве одновременно при наличии материалов для нуклеотидов и катализаторов.
Нуклеотид, как и любая молекула, это единое образование и изменения, происходящие в одной ее части, тем или иным образом могут откликаться в других ее частях. Таким образом, будут возбуждены связи 3'-концов и 5'-концов и начнется полимеризация молекулы. Образуется связь 3, 5, и т.д. В результате получается фрагмент гребенки, зубьями которой являются азотистые основания.
Азотистые основания, соединенные с дезоксирибозой, при воздействии на них определенного потока фотонов, начинают светиться, таким светом, который оказывается резонансным для комплементарных оснований, которые и присоединяются к своим контрагентам. Осуществляются реакции 6, 7. Затем к новым основаниям присоединяется сахар (связи 1', 4'), фосфор, продолжая наращивание комплементарной ветви. Так как митотическое деление клетки, наблюдаемое в микроскоп, осуществляется примерно за 30 минут, то можно со сто процентной уверенностью сказать, что 3 миллиарда связей 6, 7, 1', 4' осуществляется за время меньшее 30 минут. С какой скоростью осуществлялись реакции 1, 2, 3, 4, 5, мы не знаем, но растягивать этот процесс на миллиарды лет не приходится из-за наличия строматолитов.
Так уж случилось в природе, что конструкция сахар – два основания – сахар имеет такое пространственное устройство, что линия проведенные через связи 3'-концов и 5'-концов нуклеотидов не параллельны и не лежат в одной плоскости проходящей по основаниям. Такое состояние получится, если дезоксирибозу 1 повернуть относительно вертикальной оси и вывести ее концы из плоскости рисунка. В результате этого молекула оказывается скрученной, свитой в спираль.
Возможен и другой путь синтеза нуклеотида. Фосфат 1, сидящий на дезоксирибозе 1 и гуанине, открывает связь для реакции с дезоксирибозой 3. После завершения данной реакции возможна следующая реакция дезоксирибозы с тимином. В этом случае первой будет синтезироваться продольная часть строящейся ветви, к ней будут присоединяться основания и затем вторые концы оснований свяжутся со своими комплементарными парами.
Внешним образом синтез молекулы осуществляется одинаково и человеком, и природой. Человек собирает в определенном объеме все требуемые ингредиенты, затем путем всяческих ухищрений, меняя температурный режим, добавляя всякие катализирующие вещества, выдерживая временные интервалы, используя все возможные виды облучения и т.д. может получить цепочку нуклеотидов или аминокислот порознь или даже совместно в одной пробирке. Природа строила и строит множество таких же, абсолютно одинаковых с человеческими построениями, цепочек полинуклеотидов и полипептидов. Химическое строение их не различимо, но внутреннее состояние этих молекул отличается одно от другого, как тексты страниц книги. Вся разница только и только в том, что в природе эти вещества строятся по взаимному влиянию друг на друга. И это влияние друг на друга они имеют возможность реализовать.
