Происхождение жизни
Шрифт:
Схемы строения молекул различных органических веществ а) спиртъ б) витамин С, в) жиропобобное вещество (холестерин>, г) нуклеиновая кислота
Путем объединения уже нескольких молекул сахара возникают и еще более сложные соединения этого класса — разнообразные углеводы, играющие очень важную роль в жизни организмов.
Аналогичным образом в лабораторных условиях удалось доказать полную возможность абиогенного синтеза на поверхности еще безжизненной Земли и других разнообразных и весьма сложных
Рассматривая возникновение различных сложных органических соединений в водной оболочке Земли, мы должны обратить особое внимание на образование в этих условиях белковых веществ. Белкам принадлежит исключительная, решающая роль в построении «живого вещества». Протоплазма — тот материальный субстрат, из которого состоит тело животных, растений и микробов, всегда содержит в себе значительное количество белков. Еще Энгельс указывал, что «повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое не находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явления жизни» 1 (Ф. Энгельс. Анти-Дюринг. Госполитиздат, 1957, стр. 77.)
Это положение Энгельса нашло свое полное подтверждение в работах современных ученых. Было доказано, что белки являются не просто пассивным строительным материалом протоплазмы, как это думали раньше, но что они принимают непосредственное активное участие в обмене веществ и в ряде других жизненных явлений. Таким образом, возникновение белков является чрезвычайно важным звеном в том эволюционном процессе развития материи, который привел к возникновению живых существ.
В конце прошлого и в начале настоящего века, когда химия белков была еще очень мало разработана, некоторые ученые предполагали присутствие в белках какого-то особого таинственного начала, каких-то специфических атомных группировок, которые являются носителями жизни. С этой точки зрения первичное возникновение белков представлялось весьма загадочным и даже маловероятным. Но если подойти к этому вопросу, исходя из современных химических взглядов о белковой молекуле, дело представится в совершенно ином свете.
Кратко суммируя все те достижения, которые получены в настоящее время химией белков, мы прежде всего должны подчеркнуть, что сейчас нам достаточно хорошо известны отдельные составные части, те «кирпичи», из которых по- строена молекула любого белка. Такими «кирпичами» являются хорошо известные химикам вещества — аминокислоты.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ БЕЛКОВ
Молекулы органических веществ, соединяясь между собой, образовали частицы наиболее сложных и наиболее важных для жизни веществ — белков, В этих частицах многие десятки тысяч атомов строго определенным образом соединены в длинные цепочки с многочисленными боковыми ответвлениями
В
Небольшой участок цепочки, лежащей в основе белковой молекулы
В белковой молекуле аминокислоты связаны между собой особыми химическими связями в длинную цепочку. Число аминокислотных молекул, входящих в эту цепочку, у различных белков может выражаться цифрой от нескольких сотен до нескольких тысяч. Поэтому указанная цепочка является довольно длинной. В большинстве случаев она закручивается в сложный, но закономерным образом построенный клубок, который, собственно, и представляет собой белковую молекулу.
Чрезвычайно существенно то, что в состав каждого белкового вещества входят очень разнообразные аминокислоты. Молекула белка построена из различных сортов «кирпичей». Сейчас мы знаем около двадцати различных аминокислот, входящих в состав природных белков. Некоторые белки содержат в своей молекуле все известное нам разнообразие аминокислот, другие менее богаты в этом отношении. При этом химические и физические свойства любого известного нам белка коренным образом зависят от его аминокислотного состава.
Однако нужно иметь в виду, что аминокислотные частицы связаны в белковой цепочке не как- нибудь, не случайно, а в строго определенной, характерной именно для данного белка последовательности. Поэтому физические и химические свойства этого белка — его способность к определенным химическим взаимодействиям, его растворимость в воде и т. д. — зависят не только от числа и разнообразия входящих в состав его молекулы аминокислот, но и от того, в какой последовательности эти аминокислоты нанизаны друг за другом в белковой цепочке.
Такого рода построение создает возможность для бесконечного разнообразия белков. Хорошо всем известный белок куриного яйца является лишь единичным и при этом сравнительно простым представителем белков. Гораздо сложнее построены белки нашей крови, мышц, мозга. В каждом живом существе, в каждом его органе присутствуют многие сотни и тысячи разнообразных белков, и каждому виду животных или растений свойственны свои, характерные только для них белки. Так, например, в крови человека они будут несколько иные, чем в крови лошади, быка или кролика.
В этом громадном разнообразии белков и кроется исключительная трудность искусственного их получения в лабораторных условиях. Сейчас мы легко можем из углеводородов и аммиака получить любую аминокислоту. Точно так же для нас не составляет большого труда связать между собою эти аминокислоты в длинные цепочки, подобные тем, которые лежат в основе белковых молекул, и получить действительно белковоподобное вещество. Но для того чтобы искусственно воспроизвести какой-либо из известных нам натуральных белков, например белок нашей крови или белок семян гороха, этого мало. Для этого нужно соединить между собой в цепочку многие сотни и тысячи разнообразных аминокислот в совершенно определенной последовательности, именно в той, в которой они находятся в данном белке.
Если взять цепь, состоящую всего из пятидесяти звеньев, причем эти звенья будут двадцати различных сортов, то, соединяя звенья в различном порядке, можно получить большое разнообразие цепочек. В свое время было подсчитано, что число таких цепочек, из которых каждая отличалась бы от другой по расположению своих звеньев, выражается единицей с сорока восемью нулями, т. е. числом, которое будет нами получено, если мы миллиард помножим на миллиард и еще раз на миллиард, и так до пяти раз, а после этого еще помножим на тысячу. Если бы мы взяли такое число белковых молекул и сложили из них жгут толщиной в палец, то такой жгут можно было бы протянуть поперек всей нашей звездной системы от одного конца Млечного Пути до другого.