Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985

Биомолекулы
Состав живой материи: биомолекулы
Биомолекулы первыми возникли в процессе химической эволюции

Поскольку у всех видов живых организмов макромолекулы образуются одним и тем же способом всего лишь из нескольких десятков молекул, играющих роль строительных блоков, было высказано предположение, что все живые организмы произошли от одной первичной линии клеток. Согласно этому предположению, первые возникшие на Земле и выжившие клетки были построены всего из нескольких десятков различных органических молекул, причем каждая из них в отдельности и все они вместе взятые оказались наделенными химическими и физическими свойствами в таком благоприятном сочетании, что это позволило им функционировать в качестве строительных блоков макромолекул и осуществлять столь важные для живых клеток процессы, как преобразование энергии и самовоспроизведение. Такой набор первичных биомолекул, вероятно, сохранялся в ходе биологической эволюции в течение миллиардов лет вследствие его уникальной «пригодности» для реализации процессов жизнедеятельности.

Однако здесь мы сталкиваемся с одним противоречием. В настоящее время органические соединения, в том числе и основные биомолекулы, в земной коре встречаются лишь в следовых количествах. Каким же образом у первых живых организмов возникли столь характерные органические соединения, используемые в качестве строительных блоков? В 20-х годах нашего столетия А. И. Опарин высказал предположение, что на ранних этапах истории Земли в водоемах на ее поверхности содержалось много различных органических соединении, концентрация которых могла быть достаточно высокой. Примерно 3 млрд. лет назад из этого теплого органического «бульона» каким-то образом возникли первые примитивные живые клетки. Опарин предположил, что химические и физические процессы, происходившие на первобытной Земле, могли приводить к самопроизвольному образованию простых органических соединений, таких, как аминокислоты и сахара, из компонентов первичной атмосферы, которая по своему составу сильно отличалась от нашего воздуха.

Рис. 3-15. Вспышки молний, сопровождавшие вулканическое извержение, в результате которого в 1963 г. у берегов Исландии возник остров Сертси. Интенсивные электрические поля, высокие температуры и ударные волны, весьма часто возникавшие при таких катаклизмах на первобытной Земле, могли сыграть роль основного фактора в происхождении органических соединений.

Согласно теории Опарина, под воздействием электрической энергии грозовых разрядов или тепла, выделявшегося в результате вулканической деятельности (рис. 3-15), происходила активация метана, аммиака, водяных паров и других компонентов первичной атмосферы, так что они вступали в реакции друг с другом, приводившие к образованию простых органических соединений. Считают, что эти соединения могли конденсироваться и растворяться в первичном океане, который постепенно, в течение столетий, обогащался простыми органическими соединениями самых разных типов. В этом теплом растворе некоторые органические молекулы более активно взаимодействовали друг с другом, образуя при этом более крупные комплексы и структуры. Последние в свою очередь очень медленно и постепенно на протяжении миллионов лет самопроизвольно объединялись, что привело в конце концов к возникновению мембран, белков и катализаторов, которые образовали единые системы, послужившие предшественниками первых примитивных жизнеспособных клеток. В течение многих лет гипотеза Опарина оставалась спекулятивной, так как казалось, что она не поддается проверке.