- •Естественно-научная и гуманитарная традиции понимания и объяснения мира.
- •Логика науки и закономерности ее развития.
- •6. Зарождение научных знаний
- •7. Зарождение науки.
- •Античная естественнонаучная картина мира.
- •8.Естествознание Средневековья.
- •9.Научная революция Нового времени.
- •11.Н.Кеплер и законы небесной механики.
- •13.Механистическая картина мира.
- •14.Развитие концепций пространства и времени.
- •15.Пространство-время и законы сохранения.
- •16.Классическая термодинамика. Понятие энтропии.
- •17.Первое, второе и третье начало термодинамики.
- •18.Молекулярно-кинетические законы и представления.
- •19.Электромагнетизм. Корпускулярная и волновая традиции объяснения природы излучения.
- •20.Концепция относительности пространства-времени.
- •25.Концепция квантовой механики. Волновая функция.
- •26.Фундаментальные принципы квантовой механики.
- •27.Развитие концепции неопределенности.
- •28.Строение атомного ядра.
- •29.Элементарные частицы.
- •30.Классификация элементарных частиц.
- •31.Кварковая модель адронов.
- •32.Вещество и антивещество.
- •33.Расширяющаяся Вселенная.
- •34.Концепция «Большого взрыва».
- •35.Структурная организация Вселенной.
- •36.Нуклеосинтез.
- •38.Эволюция звезд.
- •40.Структура Метагалактики.
- •41.Эволюция Солнечной системы.
- •42.Систематизация химических элементов. Периодический закон Менделеева.
- •43.Многообразие химических соединений.
- •44.Управление химическими процессами.
- •45.Явление биокатализа и развитие эволюционной химии.
- •46.Особая роль органогенов в биохимической эволюции.
- •47.Самоорганизация химических систем.
- •48.Концепции возникновения живой материи и эволюции живых систем.
- •49.Развитие биологических знаний.
- •50. Феномен живой материи.
- •51.Уровни организации живой материи.
- •52.Механизм биологической наследственности.
- •53.Образование органических веществ и зарождение клетки.
- •54.Альтернативные гипотезы возникновения жизни.
- •55. Принцип биологической эволюции.
- •56.Теория биологической эволюции: современный взгляд.
- •57.Концепция биосферы. Понятие ноосферы.
- •58.Взаимосвязь живой и неживой природы.
- •59.Антропогенное воздействие на биосферу.
- •60.Нарастание кризисной ситуации в биосфере.
46.Особая роль органогенов в биохимической эволюции.
Эволюционная химия широко использует понятие самоорганизации, означающей восходящую упорядоченность систем живой материи, включая образование предбиологических, т. е. переходных, систем. Особый интерес к таким системам обусловлен естественным стремлением человека разгадать самую, пожалуй, удивительную загадку природы, таящуюся в механизме качественного скачка к живой материи. Рассмотрение проблемы самоорганизации предбиологических систем строится в основном на основе субстратного подхода (термин «субстрат», произошедший от лат. substratum – «основа», означает химическое вещество, подвергающееся превращению под действием фермента). Этот подход акцентирует внимание на вещественной основе биологических систем, т. е. на определении их химического состава и структуры химических соединений, из которых строится живой организм в ходе биогенеза – зарождения и развития жизни.
Картина распределения химических элементов на Земле, являющейся «колыбелью» жизни, существенно отличается от их распределения во Вселенной (см. выше). Почти 99% массы физически доступного слоя Земли составляют всего восемь химических элементов, среди которых, кстати, мы не найдем наиболее распространенных во Вселенной водорода и гелия. Эту восьмерку составляют кислород (около 47%), кремний (около 27,5%) и далее алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний. Естественным представляется вывод о том, что природой отобран весьма узкий круг элементов для построения неживой материи.
Оказывается, что подобная тенденция проявляется и в составе живых организмов, более 97% общей массы которых составляют всего шесть элементов, называемых органогенами: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Как видим, за исключением кислорода, здесь фигурируют совсем другие элементы.
Этим, однако, отбор элементов в природе не ограничивается. Среди известных в настоящее время примерно 8 млн. химических соединений около 97% – органические соединения, состоящие в основном из уже упомянутых шести органогенов, и только 3% – неорганические соединения. На фоне такой асимметрии вполне обоснованным выглядит предположение о том, что в процессе предбиологической подготовки природа создавала как можно более широкий спектр органических соединений для того, чтобы не были ограничены возможности их самоорганизации.
Безусловно, следует обратить внимание на то, что состав элементов-органогенов не связан с распространенностью элементов на Земле. Действительно, распространенность углерода, азота, фосфора и серы весьма невелика – около четверти процента по массе. Тем не менее, углерод, доля которого составляет около 0,1%, является важнейшим органогеном.
Итак, органогенами оказались отнюдь не те элементы, запасы которых в природе были велики, принцип отбора состоял в другом. Прежде всего, для самоорганизации органических соединений потребовались элементы, способные к образованию прочных и, следовательно, энергоемких связей с другими элементами, причем связей лабильных, т. е. подвижных, способных к перестройке. Такой лабильностью обладает углерод. Атомы углерода способны выполнять роли и акцептора, и донора электронов, образовывать как ионные, так и ковалентные связи, причем эти связи могут быть как одноэлектронные, так и с задействованием двух, трех, четырех и шести электронов. Высокой лабильностью отличаются также такие органогены, как азот, фосфор и сера. Что же касается кислорода и водорода, то им отведена роль элементов, выполняющих противоположные функции – окисления и восстановления.
Подобный отбор происходил в процессе эволюции и в отношении химических соединений. В результате лишь несколько сотен из миллионов органических соединений входят в состав живой материи, а из более чем 150 известных аминокислот лишь 20 служат мономерными звеньями, из которых построены всё белки. А ведь только в организме человека содержится более миллиона различных белков. Можно только поражаться тому, какое разнообразие живой материи возникло из минимума элементов и соединений.
Данные, которыми располагает современная биохимия, свидетельствуют о том, что принцип отбора «строительного материала» в ходе химической эволюции состоял в поддержании химической деятельности тех соединений, которые проявляли себя активными и селективными катализаторами, обеспечивая при этом упорядочение в расположении фрагментов органических структур. Считается, что, начиная с определенного состояния, при котором уже существовало определенное «стартовое» количество как неорганических, так и органических соединений, роль катализа в предбиологической эволюции необычайно возросла. Начались естественный отбор и сохранение активных соединений, которые получались различными химическими путями и обладали широким спектром каталитических возможностей