Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
формильный радикал СНО.
Поскольку УФ-облучение раствора формальдегида приводит к образованию
сахаров (гексоз, пентоз, рибозы и дезоксирибозы), входящих, в частности,
в состав нуклеиновых кислот, формальдегид можно рассматривать как
предшественник в их абиогенном фотохимическом синтезе. По-видимому,
формальдегид является также и предшественником аминокислот. В опытах Т.
Е. Павловской и А. Г. Пасынского в УФ-облученных водных растворах
формальдегида с солями аммония было зарегистрировано образование глицина,
валина, аланина, глютаминовой кислоты и фенилаланина:
hx, X = 254 нм R- сно -гпт-ггг'-*¦ ясн (NH2) C00H.
iNrig, NOg
Глава XXIII. Свет и происхождение жизни на Земле 355
Подобный синтез более сложных молекул из предшественников легко идет даже
под действием сравнительно длинноволнового УФ-света (254 нм).
Через стадию формальдегида или ацетальдегида осуществляется и
фотохимический синтез гетероциклических аминокислот и имидазола: УФ-
облучение этих альдегидов совместно с азотнокислым аммонием
сопровождается их накоплением в реакционной смеси.
Одним из главных предшественников сложных биологических молекул является
цианистоводородная кислота, которая может существовать в трех- и
тетрамерной формах. Рассмотрим, как происходит создание из тетрамера
цианистоводородной кислоты некоторых биологически важных соединений.
Схема синтеза пуриновых оснований из более простых предшественников может
быть представлена в следующем виде:
NC"+ hCN-^ NC -СН= N~ JJU- [NC-CH=NH] -l^i
ч
CN
С = С,
\
CN
NH,
2
Тетрамер
О
О
J*-N
h2n
4 ~ Аминоимидазол -5-- кар&онитрил
Гуанин
Н
*
nh2
н
Яденин
356 Глава XXIII. Свет и происхождение жизни на Земле
В отсутствие кислорода реакция изомеризации цианистоводородной кислоты с
последующим превращением в 4-аминоимидазол-5-карбонитрил осуществляется с
квантовым выходом около 0,8. Показано, что из тетрамеров
цианистоводородной кислоты могут образовываться и другие пурины -
гипоксантин и диаминопурин.
Производные цианистоводородной кислоты имеют отношение и к синтезу
никотинамида, являющегося составной частью основного источника свободного
водорода - НАД или НАДФ. Так, УФ-облучение 1,3-дициано-4-ами-но-1,3-
бутадиена сопровождается синтезом 6-иминонико-тиннитрила, в результате
гидролиза которого образуются никотинамидные производные:
В качестве предшественника ароматических аминокислот- фенилаланина и
тирозина - может рассматриваться фенилацетальдегид, образующийся в
результате двух последовательных фотохимических реакций из метана и
ацетилена через стадию фенилацетилена. В последующих темновых реакциях
фенилацетальдегид превращается в фенилаланин, а после его фотогидроксили-
рования - в тирозин:
Н
И
н
н
ftv
Глава XXIII. Свет и происхождение жизни на Земле 357
NH2 NHa
^ ; -СН2-С-СООН ^ НО-f ^ -СН2-С-СООН
Н II
Фенилаланин Тирозин
Синтез аминокислоты из углеводородов включает три фотохимические стадии.
Таким образом, синтез существующих ныне важнейших биохимических молекул
мог происходить через серии последовательных световых и темновых
абиогенных химических реакций с участием набора предшественников, со все
более сложным строением, которое постепенно приближалось к "финишному
эталону", ставшему достоянием уже не химической, а биологической стадии
эволюции.
Определенное значение в процессах абиогенного синтеза могли иметь
неорганические катализаторы - глины, двухвалентное железо и медь, окислы
цинка, кремния и титана.
Следует обратить особое внимание на достаточно высокие скорости
фотохимических реакций, о чем свидетельствуют поражающие воображение
опыты, в которых за очень незначительный по сравнению с геологическим
промежуток времени (часы, сутки) удается получить из исходного
строительного материала первобытной Земли такие "завершенные" продукты
синтеза, как аминокислоты. Коротко остановимся на этих данных. При
облучении коротковолновым ультрафиолетом (116-185 нм) компонентов
первобытной атмосферы в бескислородной среде в виде смеси газов,
содержащих аммиак, метан и пары воды, ряд авторов отмечали образование
аминокислот. Так, Грот и Вейсенгоф, А. Н. Теренин зарегистрировали
фотохимическое образование глицина, аланина; Н. Я. Додонова и А. И.
Сидорова - валина, лейцина, норлейцина. Остаются до сих пор не
выясненными механизмы этих превращений и их квантовые выходы. Тем не
менее эффективность подобных превращений достаточно высока. Так, в опытах
Поннамперума и Флореса за 48 ч около 0,5% метана превращалось в
органические соединения.
Фотохимический синтез аминокислот может происхо-
358 Глава XXIII. Свет и происхождение жизни на Земле
дить не только в газообразной, но и в жидкой, водной средах. Первые
указания на такую возможность были получены еще в начале нашего столетия.
Позднее было показано, что при УФ-облучении в водных средах, содержащих
аммиак, С2-соединения и некоторые соли первобытной Земли, образуются
аминокислоты. Тот же результат отмечается при естественном действии лучей
