Синтез первых органических молекул Возможность органического синтеза в

Синтез первых органических молекул. Возможность органического синтеза в протопланетном облаке (исследования академика В. Н. Пармона) Выполнила: Студентка 2 курса магистратуры, гр. Общая биология Левчук О. С.

n n n Валенти н Никола евич Пармóн (род. 18 апреля 1948, Бранденбург) — российский учёный. Специалист в области катализа и фотокатализа, химической кинетики в конденсированных фазах, химической радиоспектроскопии, химических методов преобразования энергии, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, Действительный член Российской академии наук (1997). Доктор химических наук, профессор. Лауреат Государственной премии России (2009). При помощи сложных расчетов и компьютерного моделирования им было показано, что в газово-пылевых протопланетных облаках имеются необходимые условия для синтеза разнообразной органики из водорода, азота, угарного газа, цианистого водорода и других простых молекул, обычных в космосе. Непременным условием является присутствие твердых частицкатализаторов, содержащих железо, никель и кремний.

Новое в теории появления жизни n n Огромное газопылевое облако, вращающееся вокруг Протосолнца, было не просто облаком, а огромным каталитическим реактором, в котором вовсю шли химические реакции и синтезировались разнообразные органические соединения. В этом реакторе находились мириады частиц допланетной пыли, содержавшей железо, никель и кремний, — именно они составляли, как полагают, основу первичного газопылевого облака. Там же в избытке находились и газообразные реагенты (основные компоненты межзвездного и межпланетного газа) — водород, угарный газ и т. д. В газопылевом облаке такого состава просто не могли не образовываться органические соединения!

n n Для слипания твердых частиц «чистой» космической пыли при интенсивном ударе нужен «клей» , а образующиеся органические молекулы, закрепляясь на поверхности твердых частиц, образовали необходимый липкий поверхностный слой. Именно он способствовал быстрому соединению пылинок, из которых формировались более крупные частицы, а затем и планетозимали (промежуточные образования) и далее протопланеты. Так, по-видимому, образовались и Земля, и все остальные планеты, астероиды и кометы, которые вращаются сейчас вокруг Солнца. Все это означает, что наши планеты сформировались там, где были условия для каталитического синтеза органических соединений, и что первичные органические соединения, из которых потом могла появиться жизнь, образовались уже на допланетной стадии эволюции Солнечной системы (рис. 1). Интересно, что значительная часть первичного «допланетного» органического вещества могла захватываться при формировании планет (хотя основная масса такого вещества, конечно же, разрушается и развеивается в космосе) и стать впоследствии одним из компонентов ископаемого органического сырья, которым мы сейчас пользуемся.

Рис. 1. Схема действия космического каталитического реактора в момент образования Земли

На Земле n n Сразу же после того, как сформировались планеты и на их поверхность попало первое «допланетное» органическое вещество (и даже если не попало), на Земле начались те самые физико-химические процессы, которые породили жизнь. Очень близки к биологическим автокаталитические системы. Это системы, в которых химическая реакция ускоряется собственными конечными продуктами реакции или предшественниками этих продуктов. Иными словами, в автокаталитических реакциях, как и в сообществе живых организмов, происходит размножение, то есть саморепликация молекул.

Расчеты показывают, что существуют два стационарных состояния открытой системы. В первом (неустойчивом) количество автокатализатора точно равно нулю. Это понятно: для того чтобы его концентрация росла, необходима исходная затравка в виде хотя бы одной предшествующей молекулы автокатализатора. Во втором стационарном состоянии концентрация автокатализатора линейно увеличивается с увеличением количества пищи. Но при этом концентрация пищи должна превышать некий минимальный уровень, зависящий от свойств конкретного автокатализатора. Если этого не происходит, то количество автокатализатора также станет равным нулю. Таким образом, для автокаталитических реакций существует критический предел, при котором еда еще есть, а автокатализатор уже исчез, то есть вымер. Причем полностью, до единой молекулы (рис. 2).

n Между тем большой набор сахаров (рис. 3) — это не что иное, как прототип мутаций. Изображенные на рисунке сахара одинаковы по атомному составу, но при этом совершенно различны по свойствам. А раз так, то разными должны быть и критические концентрации формальдегида, при которых можно ожидать вымирания сахаров-автокатализаторов при понижении концентрации формальдегида.

n n Полные химические названия РНК и ДНК — рибонуклеиновая кислота и дезоксирибонуклеиновая кислота, и корень обоих названий происходит от слова «рибоза» . Рибоза — это сахар с пятью атомами углерода, который лежит в основе нуклеотидов, формирующих РНК и ДНК (рис. 4). Нуклеотиды РНК и ДНК отличаются от просто сахаров дополнительными фосфатными группами и азотсодержащими органическими соединениями. Отличие нуклеотидов РНК от нуклеотидов ДНК еще меньше — немного различаются азотистые основания, да в сахарном остатке ДНК не хватает одной гидроксигруппы. Причем если уже есть молекула сахара, то фосфорные и азотные соединения, необходимые для построения нуклеотидов, присоединяются к ней сами без серьезных проблем. Надо отметить, что и другой важный химический компонент живых организмов — переносчик энергии АТФ (аденозинтрифосфат) — тоже содержит моносахарид рибозы. То есть сахара — основа всего живого. И именно молекулы на основе сахаров, а не аминокислот (и следовательно, не белки) ответственны за биологическую память, то есть за отличие

n n Для синтеза сахаров нужны именно ионы кальция или магния. Все участники реакции образуют промежуточные соединения — сначала получается комплекс ионов кальция или магния с одной молекулой сахара, а потом к нему присоединяется молекула формальдегида. Возможно образование комплексов с несколькими молекулами сахара. В самые последние месяцы вообще обнаружилась фантастическая вещь. Если вместо катионов кальция взять его соль с фосфат-анионами (обычный природный апатит), то в реакции формальдегида с простейшими сахарами (которые, как было доказано, могли образоваться под действием света) почти селективно получается долгожданная рибоза

Выводы: n n n в отличие от общепринятого мнения, естественный отбор на Земле мог начаться не с РНК и ДНК, а с гораздо более простых соединений. в этом важное отличие нашей теории, пребиотический бульон необязательно должен быть густым, насыщенным разными органическими соединениями (что очень трудно предположить), а, наоборот мог быть, весьма разбавленным — только тогда начиналась конкуренция молекул автокатализаторов за пищу. первичный синтез сахаров в разбавленном пребиотическом бульоне по целому ряду термодинамических обстоятельств предпочтительнее, чем первичный синтез белков из аминокислот, который обычно обсуждают как первичный элемент зарождения жизни. Ведь при синтезе сахаров из молекул формальдегида не отщепляются молекулы воды, как это происходит при синтезе белков из простых аминокислот. Это значит, что сахара, в отличие от белков, стабильны даже в очень разбавленных водных растворах. Белки же в разбавленных растворах опять распадаются (гидролизуются) на аминокислоты.

Выводы: n Появление жизни на основе именно РНК и ДНК предопределено. То есть других форм жизни появиться не могло. И значит, РНК и ДНК образуются на любой планете, геологическая история которой сходна с историей Земли.

Литература n В. Н. Пармон Новое в теории появления жизни /В. Н. Партмон//» Жизнь и химия» - № 5, 2005.