книги из ГПНТБ / Титаев А.А. Эволюция органических соединений на Земле. От углерода до биополимеров

Т а б л и ц а 13 Гнперхромный эффект при нагревании синтезированных препаратов РНК

Т а б л и ц а 14 Гнперхромный эффект после щелочного гидролиза синтезированных

препаратов РНК при -Б^би ~

Данные по этим параметрам для наших препаратов представле­ ны в табл. 13, 141 .

По-видимому, полученные нами синтетические препараты РНК имели неодинаковое содержание отдельных нуклеотидов.

Данные по увеличению светопоглощения (при 260 им) некото­ рых наших препаратов при нагревании растворов до 60° свиде­ тельствуют, что эти препараты, особенно N 2 и 3, обладали вторич­ ной структурой в форме спирали, которая при нагревании развер­ тывалась, что и обусловливало появление гнперхромного эффекта. Остальные препараты, видимо, почти не имели вторичной струк­ туры.

Гнперхромный эффект после щелочного гидролиза был присущ всем нашим препаратам; он был достаточно велик и близок во всех препаратах. Это означало, что первичная структура препаратов довольно однородна, что основания приблизительно в равной степени перекрывали одно другое в цепи полпнуклеотида, расстоя­ ние между их плоскостями укорачивалось. Кроме того, надо при­ нять во внимание, что некоторые наши препараты в растворе 0,14 моля NaCl были весьма склонны к агрегации, вследствие чего при комнатной температуре растворимость их постепенно пони­ жалась.

91

Определение молекулярного веса препаратов было дальнейшим шагом к их характеристике как рибонуклеиновых кислот. Вначале была применена методика вискозиметрии в обычном вискозиметре Оствальда с малым временем истечения. Вычисления были вы­ полнены с приведением к нулевой концентрации и нулевой вели­ чине градиента скорости истечения [211, 212].

Величина молекулярного веса синтезированной РЫК по этому методу составила в среднем 97 ООО.Можио предположить, что мо­ лекула синтезированной РЫК состояла примерно из 200 нуклеотидов.

При измерении молекулярного веса методом ультрацентрифу­ гирования в градиенте плотности сахарозы [209], при стоянии раствора, наблюдалась, как обычно, агрегация молекул РНК, образование осадка и повышение молекулярного веса до 1 000 000.

Все вышеизложенные результаты по синтезу РНК в целом, не­ смотря на некоторое методическое несовершенство (отсутствие фер­ ментативного анализа), оставляют уверенность, что в избранных нами условиях вполне возможен синтез рибонуклеиновой кислоты. Анализ полученных по нашему методу синтетических препаратов показал достаточную степень идентичности их свойств с нативиой РНК: по содержанию фосфора, рибозы, нуклеиновых оснований, по молярному соотношению последних. Препараты имели макро­

Правда, мы установили лишь возможность обратного синтеза РНК из продуктов ее щелочного гидролиза. Однако нет сомиеинй что из смесп чистых нуклеотидов можно осуществить синтез макро­ молекулы РНК с тем же успехом.

В этих исследованиях находит подтверждение гипотеза о воз­ можном участии глин в процессе химической эволюции в предбиологпческий период существования Земли [24, 49, 143, 149, 2131.

Синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты. Синтез ДНК в усло­ виях, примененных для синтеза РНК, уже не представляет труд­ ностей. Для этого требуется составить эквимолярную смесь четы­ рех дезоксирибонуклеотидфосфатов, входящих в состав ДНК, и подвергнуть ее инкубации в присутствии глины и восстановлен­ ного глютатиона.

В нашем распоряжении не было чистых дезоксирибонуклео­ тидфосфатов. Произвести гидролиз ДНК с целью получить состав­ ляющие ее молекулу нуклеотиды с помощью щелочи или кислоты невозможно.

На первом этапе работы мы постарались получить анурпновую ДНК, в которой вследствие гидролиза в присутствии муравь­ иной кислоты и дифениламина по Бартону отщеплены и разруше­ ны пуриновые основания — аденин и гуанин. После очистки

92

7

Углеводы

М о н о с а х а р и д ы . В современных условиях синтез углево­ дов из неорганических веществ CO., и Н.,0 совершается только в зеленых растениях и бактериях, содержащих хлорофилл. Пути этого синтеза сложны, но в некоторых отношениях напоминают предполагаемый путь синтеза углеводов в предбиологический период (см-, раздел 9). Известная обобщенная формула углеводов (СН2 0)„ наводит на мысль, что углеводы можно рассматривать как полимеры формальдегида НСОН. Действительно, в много­

Бутлеровскую конденсацию формальдегида можно трактовать как модельный предбиологический синтез. Источником формаль­ дегида на первичной Земли, как упоминалось выше, мог служить метан. Требующиеся для осуществления этого синтеза катализа­ торы — гидроокись кальция или бария — могли присутствовать иа первичной Земле. Могли присутствовать и редкоземельные ме­

моносахаридов — гексоз, пентоз. В опытах с применением гидро­ окисей магния и таллия продукт синтеза состоял из более 30 раз­ личных моносахаридов — триоз, тетроз, пентоз и гексоз [97].

Бутлеровская конденсация интересна тем, что она представля­ ет собой самокопденсацию и имеет явно выраженный аутокаталитическпй характер, о чем было уже сказано в разделе 2.

Возможность синтеза моносахаридов в предбиологических си­ туациях была продемонстрирована в опыте Т. Е. Павловской [64], а также в экспериментах Понамперумы и соавт. [190]. В их опытах в результате воздействия коротковолнового ультрафиолетового света или гамма-излучения 6 0 С на смесь метана, аммиака и воды были получены пеитозы — рибоза, дезоксирибоза. Углеводы были с интезироваиы также в опытах с воздействием электрических

95

разрядов на смесь формальдегида и ацетальдегида с выходом 15% [200].

Однако еще нет достаточно ясного представления, где образо­ вался на Земле формальдегид и где он подвергался своим превра­ щениям.

Согласно мнению Бернала, Акаборп, Эрлиха и Холма, В. Л. Комарова, В. Н. Флоровской, как выше указано, процессы химической эволюции протекали в прибрежных зонах при участии ила, глины. Если это так, то, вероятно, здесь происходила и кон­ денсация формальдегида в сахар.

Механизм образования углеводов из метана состоит в превра­ щении метана сначала в этиловый спирт, а затем в формальдегид

нить, какова могла быть роль глины в процессе конденсации фор­ мальдегида в сахар, мы провели ряд опытов по осуществлению этой реакции в присутствии глины.

Система для синтеза моносахаридов из формальдегида состояла

По окончании инкубации в содержимом ампул (фильтрат и водный элюат из глины) определяли количество оставшегося фор­

Результаты этих опытов свидетельствуют, что глина, а также восстановитель могли в значительной степени ускорить реакцию конденсации формальдегида в водном растворе с образованием моносахаридов.

96

других веществ в различных качественных и количественных ва­ риациях. Всего проведено 245 опытов.

Во многих экспериментах в инкубационную смесь, в качестве затравки в опытные и контрольные пробы, добавляли несколько микрограммов крахмала в равных количествах.

Инкубация происходила при 37° в течение 24—48 час , после чего следовало извлечение горячей водой. Содержание образовав­ шегося крахмала в пробах определяли количественно йодной пробой. В большинстве этих экспериментов было констатировано путем хроматографии на бумаге образование мальтозы, и в 50 процентах из них по реакции с йодом удалось наблюдать обра­ зование декстрина или даже крахмала. Инкубационная смесь в этих случаях содержала 2—5 мг глюкозо-1-фосфата и двойное количество глютатиона восстановленного. Выход образовавшегося крахмала в некоторых опытах составил 85%. При уменьшенном содержании глютатиона в смеси выход уменьшился в несколько раз. В ряде опытов взамен глютатиона были применены гистидин, Na2 S3 04 , цистеин и другие вещества. В некоторых опытах с гисти-

1-фосфата, гистидин, глютатион и неорганический фосфат, в при­ сутствии смолы и затравки, было отмечено иногда довольно зна­ чительное образование крахмала. Добавление АТФ в инкубацион­ ную смесь ие вызывало какого-либо изменения в ходе реакции.

из моносахаридов и полисахаридов из глюкозы и глюкозо-1-фос- фата может быть осуществлен в предложенных нами мягких ус­ ловиях гетерогенного катализа на-глине, при умеренном нагрева­ нии в присутствии восстановленного глютатиона. Механизм син­ теза дисахаридов и полисахаридов в этих условиях, возможно, был близок к ферментативному катализу синтеза углеводов [217,

99