Цианосульфидный протометаболизм — верный путь к земной жизни

Катархей

Рис. 1. У нас не осталось никаких материальных свидетельств о катархее, но логика и эксперименты помогают представить этот молодой мир. Изображение с сайта the-scientist.com

Миру РНК предшествовало время предбиологического синтеза, когда рождались так или иначе необходимые для репликации молекулы — нуклеотиды, белки, липиды. Прежде химики рассматривали процессы их синтеза по отдельности. Теперь в лаборатории Джона Сазерленда найден путь, который приводит к синтезу сразу большого набора биологических молекул. Нет нужды гадать, что было раньше, РНК или белки, — вероятно, они синтезировались одновременно в едином каскаде химических реакций; в начале его появляется цианистый водород и сероводород с металлическими катализаторами. Эту сеть реакций авторы назвали цианосульфидным протометаболизмом. С выходом в свет нового исследования можно говорить о поворотной точке в науке о происхождении жизни.

Джон Сазерленд (John Sutherland) с командой из Лаборатории молекулярной биологии Исследовательского совета по медицине при Кембриджском университете (Великобритания) продолжили свое захватывающее исследование первых этапов зарождения жизни — появления на нашей планете биологических молекул. Около пяти лет назад они описали простой путь синтеза пиримидиновых нуклеотидов, тех самых, которые никак не удавалось получить из простых веществ (см.: Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК, «Элементы», 18.05.2009). Для этого требовалось подогревать азотистые основания (цианамид) вместе с сахаром (гликольальдегидом) и цианоацетиленом в присутствии фосфорной кислоты и под ультрафиолетовым облучением. В результате чудесным, хотя и вполне понятным для химиков образом получаются пиримидиновые рибонуклеотиды — цитидин и уридин. И при этом с высоким конечным выходом продукта, в практически очищенном от примесей виде, так как другие побочные продукты реакций неустойчивы к ультрафиолетовому облучению (на рис. 2a эта часть добиологической химии показана синими стрелками).

Все, кто занимается и интересуется ранней эволюцией жизни, пришли в восторг. Среди эмоциональных одобрений звучали вполне здравые вопросы: откуда бы взяться на ранней Земле гликольальдегиду в большом количестве? — все же это не совсем простое вещество. За три года команде Сазерленда этот вопрос удалось решить (D. Ritson & J. D. Sutherland, 2012. Prebiotic synthesis of simple sugars by photoredox systems chemistry) — и опять же изящно и доступно. Химики синтезировали гликольальдегид и глицеральдегид из цианистого водорода; реакция идет на свету в присутствии сероводорода и двухвалентной меди. Но какова же была радость ученых, когда они обнаружили в качестве побочных (!) продуктов реакций этого синтеза α-аминонитрил — предшественник аминокислот глицина, серина, аланина и треонина (D. Ritson & J. D. Sutherland, 2013. Synthesis of Aldehydic Ribonucleotide and Amino Acid Precursors by Photoredox Chemistry). На рис. 2a этот путь показан зелеными стрелками.

Рис. 2. Схема реакций, в которой взаимоувязан синтез пиримидинов, аминокислот и липидов

Рис. 2. Схема реакций, в которой взаимоувязан синтез пиримидинов, аминокислот и липидов. Синтез цитидинов и уридинов показан синими стрелками в голубом блоке (a), зелеными стрелками в голубом блоке показан синтез сахаров (гликольальдегида) из цианистого водорода; розовым и бежевым блоками (c и d) показана часть реакций, в которых при участии Cu (I) или сероводорода и Cu (II) идет синтез аминокислот; зеленый блок (b) показывает часть реакций, в ходе которых синтезируются предшественники липидов и аминокислоты. Схема из обсуждаемой статьи в Nature Chemistry

Конечно, останавливаться было нельзя: ясно, что обнаруженная сеть реакций — это золотая жила добиологического синтеза. И та же окрыленная команда стала подробнее изучать продукты реакций в смеси цианистого водорода, сероводорода, фосфатов и различных двухвалентных металлов.

Перво-наперво решено было подробнее рассмотреть трансформации глицеральдегида в фосфатном буфере — должен был теоретически получиться более стабильный трехуглеродный изомер. Действительно, его и нашли: глицеральдегид постепенно, но с хорошим выходом продукта (59%) преобразовывался в дигидроксиацетон. А тот, в свою очередь, в присутствии сероводорода на свету расщепляется на ацетон и глицерол. Получив эти вещества, химики почуяли победу — до синтеза липидов осталось совсем чуть-чуть. И вот если полученную смесь подогреть (а мы помним, что процесс идет в фосфатном буфере) с катализатором (цинком), то в колбе окажется глицерол-1-фосфат и глицерол-2-фосфат — предшественники липидов. Выход этих продуктов оказался впечатляющим: в сумме 71%. А если еще чередовать освещение и темноту, то происходят друг за другом (в качестве приятной добавки) реакции превращения ацетона в аминокислоты — валин и лейцин.

Затем выяснилось, что из цианистого водорода и ацетилена в присутствии различных соединений меди и сероводорода могут быть также синтезированы аминокислоты аргинин, пролин, аспарагин, аспартат, глутамин и глутамат. И, между прочим, необходимым продуктом превращения цианистого водорода в аминокислоты в присутствии двухвалентной меди является цианоацетилен, тот самый, который оказался востребованным для синтеза пиримидинов.

Вот это настоящий первичный бульон, или, если угодно, гипотетическая теплая лужа! Джон Сазерленд с коллегами теперь представляют себе этот древнейший жизнеродный водоем гораздо яснее, чем кто бы то ни было. Эта теплая лужа стала обрастать реалистичными химическими подробностями. Химики поместили ее во времена катархея, когда наша планета испытывала на своей шкуре все тяжести поздней метеоритной бомбардировки. Вот как это могло происходить.

При столкновениях углеродистое вещество метеоритов соединялось с атмосферным азотом, в результате этой высокотемпературной реакции синтезировался цианистый водород. Из метеоритного шрейберзита — железо-никелевого фосфида — при импактных высокоэнергетических событиях получались фосфаты. В присутствии воды (вот она — теплая лужа!) цианистый водород растворялся и соединялся с железом, образуя ферроцианид. Туда же смывались хлориды, растворимые соединения натрия, калия, кальция — всего того, что в достатке имела молодая Земля. Когда лужа испарялась, а она должна была испаряться из-за высокой температуры на поверхности планеты и метеоритной бомбардировки, ферроцианид нагревался и, взаимодействуя с калием, натрием, кальцием образовывал соответствующие цианиды, углерод и карбиды. Этот слой твердых солей исключительно перспективен, так как при их растворении и нагревании получается набор необходимых для «жизни» ингредиентов: цианистый водород, цианамид, ацетилен. Последний образуется при растворении карбида кальция в воде. Фосфаты и сероводород прилагаются.

Чтобы приготовлялся бульон, наша лужа должна была периодически высыхать и снова заполняться водой, периодически освещаться светом и временами погружаться в темноту. И тогда в ней сам собой мог пойти синтез сразу всех необходимых биологических молекул: нуклеотидов, аминокислот, липидов. Ученые предложили взаимосвязанную сеть реакций, и уж если старт дан, то на выходе получится весь набор. И нет нужды гадать, что было раньше — аминокислоты и белки или сахара с рибонуклеотидами. Всё было сразу. Теплая лужа — это горячий и пересыхающий водоем, заполненный синильной кислотой и сероводородом, освещенный жестким ультрафиолетом: добро пожаловать, жизнь!

Химикам еще предстоит серьезная работа, чтобы развязать все узлы этой химической сети, но главное — что пропасти между простыми органическими молекулами и молекулами жизни больше нет. Теперь есть мостик, который химики назвали цианосульфидным протометаболизмом. Вероятно, этот термин очень скоро станет модным, востребованным и очень осмысленным.

Источник: Bhavesh H. Patel, Claudia Percivalle, Dougal J. Ritson, Colm D. Duffy & John D. Sutherland. Common origins of RNA, protein and lipid precursors in a cyanosulfidic protometabolism // Nature Chemistry. Published online 16 March 2015. DOI: 10.1038/NCHEM.2202.

Елена Наймарк


46
Показать комментарии (46)
Свернуть комментарии (46)

  • dasem  | 24.03.2015 | 18:58 Ответить
    Все это очень здорово, но если теперь есть набор реакций для первичного биосинтеза, то объясняется ли как-нибудь появление хиральности? Возможно, авторы работы делают какие-нибудь предположения на этот счет.
    Ответить
    • romans1_20 > dasem | 25.03.2015 | 02:54 Ответить
      Чтобы делать предположения, необходимо иметь хоть какие-то факты, а не домыслы.
      Ещё полезно быть честным.
      Ответить
    • Вячеслав Рогожин > dasem | 25.03.2015 | 09:18 Ответить
      :)) Ваш вопрос для сведущего человека звучит примерно так, как для Вас следующий: "Все это очень здорово, но если теперь есть набор реакций для первичного биосинтеза, то объясняется ли как-нибудь появление ног у человека? Возможно, авторы работы делают какие-нибудь предположения на этот счет". Хиральность, равно как и ноги у человека - это поздний результат биологической эволюции. Хиральность позволяет формировать более компактные, да и в целом значительно более дифференцированные конформации из РНК и ДНК, что, несомненно, большой плюс. Соответственно на изрядно более поздних, нежели появление исходных самореплицирующихся молекул, этапах эволюции (скорее всего, уже на стадии появления клеток) отбор пошел в сторону синтеза преимущественно "однозакрученных" молекул. А далее, так как именно "однозакрученные" организмы получили эволюционное преимущество и успешно отвоевали все жизненное пространство, их исходно выбранная (возможно, совершенно случайно) "закрученность" получила и всеобщее распространение.
      Ответить
      • Kyu > Вячеслав Рогожин | 25.03.2015 | 09:56 Ответить
        Безногих больше, чем ногастых, а хиральность у всех одинаковая.
        Вероятно, зафиксировалась она до возникновения биологической конкуренции.
        Ответить
        • Вячеслав Рогожин > Kyu | 25.03.2015 | 10:55 Ответить
          Молекул с разной хиральностью, равно как и нехиральных вообще в природе тоже гораздо больше, чем конкретной хиральности. Речь идет не о сравнении численных характеристик, а о конкретном этапе возникновения явления выделения конкретной хиральности - и о том, есть ли вообще основания сдвигать хиральность к самым начальным этапам существования живой материи. Тут надо понимать четко один момент: все нынешнее биоразнообразие в плане эволюционных предшественников тождественно одному древнему одноклеточному организму. Уже достаточно эволюционно продвинутому. И то, что у этого организма уже имелась определенная "закрутка" нуклеотидов, не позволяет утверждать, что у других, или у его предшественников наблюдалось то же самое. Именно потому, что их нуклеотиды не дожили до наших дней и нам не с чем сравнивать.

          Нет, конечно, отбор на единую хиральность теоретически мог проходить и на самых ранних этапах эволюции - допустим, если сама возможность успешной саморепликации завязана на единую хиральность. Но даже в этом случае имело бы место не производство нуклеотидов конкретной хиральности, а своеобразный "стерический выбор" из окружающей среды молекул определенной закрутки в процессе полимеризации на матрице. А вот сам по себе синтез из простых веществ "единохиральных" нуклеотидов все же требует существенной эволюционной продвинутости живого организма. Более того, внешней оболочки, чтобы "продукт" не покидал систему. Соответственно, мы опять же имеем сравнительно поздний продукт эволюционного процесса.
          Ответить
          • Kyu > Вячеслав Рогожин | 26.03.2015 | 02:54 Ответить
            Если условия возникновения жизни не уникальны, она должна "возникать" постоянно и непрерывно. Тот факт, что победила "одна партия" означает, что эта "партия" каким то образом научилась уничтожать конкурентов абсолютно, постоянно и непрерывно, и притом очень рано. Вероятнее всего, этот произошло до возникновения объектов, которые можно называть "живыми".
            Ответить
            • Teodor > Kyu | 29.03.2015 | 13:23 Ответить
              Однохиральность жизни не является абсолютной. Опубликованы примеры хиральных биомолекул с различной хиральностью. Впрочем, статистически достоверных исследований на эту тему ещё нет и конкретный процент указать пока трудно. Но уже ясно, что однохиральность жизни не имеет абсолютного и уж тем более мистического характера.
              Ответить
              • Kyu > Teodor | 30.03.2015 | 03:03 Ответить
                Является, до предъявления исключения - объекта, признаваемого живым и имеющего другую хиральность. "Биомолекулы" имеют такое же отношение к жизни, как кирпичи к зданию. Некоторые кучкой лежат, а иные дом составляют.
                Ответить
      • Rattus > Вячеслав Рогожин | 25.03.2015 | 11:06 Ответить
        >Соответственно на изрядно более поздних, нежели появление исходных самореплицирующихся молекул, этапах эволюции (скорее всего, уже на стадии появления клеток) отбор пошел в сторону синтеза преимущественно "однозакрученных" молекул.

        С одной стороны это подтверждает недавняя работа, про которую тут писали: http://elementy.ru/news/432350
        Но с другой - возможен и иной подход: http://www.hij.ru/read/issues/2013/march/2167/
        Ответить
        • Вячеслав Рогожин > Rattus | 25.03.2015 | 11:45 Ответить
          Это где было про участие поляризации света? Читал частенько, но зависит от времени суток, полушария и т. д. да и дает слишком малый перевес. Теоретически может дать смещение положения равновесия, но в целом случайность может иметь гораздо более весомый эффект. Как легло, так и поехало). А вообще, как ни крути, а сперва надо разобраться с основами. А уже от них плясать далее. Что, собственно, и делают авторы работы.
          Ответить
    • velimudr > dasem | 25.03.2015 | 12:03 Ответить
      Насчет хиральности мне как-то попалась очень интересная лекция на эту тему. К сожалению, найти ее сейчас возможности не представляется. Она посвящена роли ранней метеоритной бомбардировки Земли в возникновении жизни. Помню, что читал ее грузинский ученый. Суть дела в следующем. При соударении метеорита с поверхностью Земли возникал плазменный факел. Во-первых, при остывании плазмы на определенном этапе в ней начинается синтез органики. Причем идет он с очень большой скоростью. Во-вторых - в факеле возникает магнитное поле сложной конфигурации. И, что самое интересное, оно стимулирует синтез молекул именно нужной хиральности. Может быть, именно благодаря этому на ранней Земле и появился избыток молекул с закрученных, именнно таким образом.

      Что же касается лужи - Образ, конечно, классический, но все таки, звучит все равно как-то несерьезно :-). Мне попадалась более интересная реконструкция докембрийских ландшафтов. Автор исходил из того, что ярко выраженная береговая линия, с которой мы имеем дело в наше время, сформировалась под действием наземной жизни. Когда же суша была безжизненной, то на ней преобладали пологие склоны, которые на большое расстояние заливались водами океана. Берега как такового не было, а существовали обширные мелководные равнины. Добавляем сюда приливы, которые в те времена были гораздо выше, ветры, которые могли как нагонять воду вглубь суши, так и, напротив, осушать огромные пространства... В результате мы имеем гораздо более интересные условия для зарождения жизни, чем какая-то жалкая лужа.
      Ответить
      • dasem > velimudr | 26.03.2015 | 02:28 Ответить
        Магнитное поле и хиральность действительно могут быть связаны. Например, эффект Фарадея дает за счет магнитного поля похожую на поведение хиральных молекул картину (по отношению к свету). Один знакомый физик предлагал механизм деления рацемической смеси в магнитном поле, правда вблизи абсолютного нуля. Это могло бы случиться в космической пыли, а не в теплой луже.
        Попробую усилить его мысль: можно поделить магнитным полем хиральный катализатор, а потом уже уронить его в лужу. Если набор реакций понятен, то и набор катализаторов тоже.
        Авторы могли бы поговорить о предпосылках разделения рацемической смеси за счет сродства молекул с одной хиральностью. В конце концов, Пастер просто поделил кристаллы иглой под микроскопом. Можно тут вспомнить работы Л.Л Морозова, показавшего наличие ассоциатов хиральных молекул в растворах.
        Но вот уносить на "более позднюю стадию эволюции" этот вопрос не нужно. Использование для биосинтеза хиральных молекул имеет одно важное преимущество--конформационные движения полимеров на основе хиральных мономеров не имеют лишних степеней свободы. Работающая молекула должна быть хиральной, а это вынуждает искать причины асимметрии на ранних стадиях. Либо на стадии синтеза мономеров, либо на стадии сборки первых олигонуклеотидов.
        Не могу понять как Вячеслав Рогожин притянул к вопросу о хиральности наличие внешней оболочки. Да и ноги у него, надеюсь не обе левые
        Ответить
        • Teodor > dasem | 29.03.2015 | 16:04 Ответить
          "Конформационные движения полимеров не имеют лишних степеней свободы" для разных хиральностей в равной степени. Поэтому этот довод не отвечает на вопрос почему имеет предпочтение, скажем, левая закрученность.
          Разница в жизни и в неорганике в том, что жизнь наследует информацию (и хиральность в том числе). Наличие одной хиральности - следствие скатывания статистического ансамбля к одной из двух потенциальных ям при наличии агрегации состояния, вызванного наличием самого механизма наследования. Процесс происходит при достаточно большом количестве поколений. Поэтому он не может быть отнесён к началу зарождения жизни, когда хиральность была ещё близка к неорганике.
          Ответить
          • dasem > Teodor | 30.03.2015 | 09:45 Ответить
            Мой довод поясняет лишь какие преимущества имеют хиральные мономеры. Если говорить узко, то меня интересует получился ли в опытах Сазерленда рацемат или есть надежда встроить в его систему причину нарушения хиральности. Например: нарущение хиральности в одной реакции приведет к предсказуемым нарушениям в остальных. Или может там есть автокаталитическая реакция, в которой случайность с вероятностью 50% выбрасывает весь продукт в виде одного энантиомера?
            "Наследование", "Агрегация состояния", "при достаточно большом количестве поколений"--все это как-то размыто. Что Вы имеете ввиду под поколениями? Что были самореплицируемые молекулы, состоящие из мономеров с разной хиральностью? Может просто приведете пример, когда ПЦР шло на рацемате, а с течением поколений (в пробирке) отобралась одна хиральность? Это бы точно было контрпримером к моему предположению, что вопрос о хиральности был решен "в первом поколении".
            Ответить
    • SysAdam > dasem | 26.03.2015 | 07:17 Ответить
      Где-то читал, да и тут, ниже, похожее обсуждали. В космосе на кометах есть условия для создания молекул только одной хиральности.
      Так как в сценарии авторов работы спусковым механизмом является астероидная бомбардировка земли, то возможно, и подкинули кометы молекул левой хиральности.
      Ответить
  • romans1_20  | 25.03.2015 | 02:57 Ответить
    "И тогда в ней сам собой мог пойти синтез сразу всех необходимых" - прямо-таки сказочное заявление.
    --------------------
    "Вот как это могло происходить" - а могло и не происходить. "Мог пойти", а мог и не пойти - вся эта статья просто притянутый за уши набор формул. Как вы думаете, кого-нибудь с такими ответами на вступительных экзаменах по химии и биологии в медунивер приняла бы приёмная комиссия? ))...
    "сразу всех ... молекул" - я так понимаю, речь о подобных кирпичиках - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/structure/?term=nucleotide ??
    С каких пор куча "кирпичей" принимает высокоразумные решения что и как их них будут строить?
    "необходимых" - необходимых кому? и для каких целей? Кто поставил эти невероятно сложные цели? Вряд ли высохшая лужа строит грандиозные планы, типа таких - http://www.genome.jp/kegg-bin/show_pathway?map01100

    По сравнению с этой статьёй заведомо сказочные фразы типа "махнула Василиса правой рукой — и поплыли по воде белые лебеди" или "и тогда наверняка, вдруг запляшут облака" выглядят в 1000^1000 раз более вероятными и научно обоснованными.
    --------------------
    "Теплая лужа — это горячий и пересыхающий водоем, заполненный синильной кислотой и сероводородом, освещенный жестким ультрафиолетом: добро пожаловать, жизнь!" - старики Хоттабыч и Гэндальф отдыхают)).. Вы меня извините, но так опустить(!) интеллект многомиллионой высоко- и специально образованной учёной братии с их спецпрограммами на мощнейших суперкомпах и точнейшими анализаторами перед безмозглой лужей с бессмысленным перебором чего-то, как-то и где-то... это надо было постараться.
    Ответить
    • Burano > romans1_20 | 25.03.2015 | 08:07 Ответить
      Дурак ты Васька!)))
      Ответить
    • willmore > romans1_20 | 25.03.2015 | 08:44 Ответить
      мсье креационист?
      Ответить
      • Aab > willmore | 26.03.2015 | 08:34 Ответить
        Возможно, мсье перфекционист!

        А, может, хочет, "чтоб через полчаса уже и видно было".

        ...Шикарная работа у британских учёных - без всяких кавычек!..
        Ответить
    • Вячеслав Рогожин > romans1_20 | 25.03.2015 | 09:32 Ответить
      Обоснуйте хотя бы на один процент столь же последовательно положения любезной именно Вам концепции возникновения жизни, и я буду ей доверять ровно на тот же процент от степени доверия, которым у меня пользуется критикуемая Вами концепция... Все познается в сравнении. Все познается в сравнении...

      Естественная мера доверия, прелюбезнейший - это как раз степень оправданности наблюдениями, экспериментами, последовательно проведенными исследованиями наблюдаемого мира, тем, насколько однозначно, четко, недвусмысленно они свидетельствуют именно в пользу конкретного суждения. Хаять честную работу людей самая серая посредственность может. Но пакостная сущность ее проявляется именно тогда, когда у нее самой испрашивают не менее четкие обоснования собственных предпочтений в отношение обсуждаемого вопроса.
      Ответить
    • pterosaurid > romans1_20 | 26.03.2015 | 20:39 Ответить
      Вы даже не представляете себе, господин креационист, как Ваш предсмертный визг приятно греет уши))). Столько буков, а уж по соотношению эмоции/аргументы Вам самому надо дать Нобелевку. Браво! Улыбайте нас еще.
      Ответить
    • dehruale > romans1_20 | 30.03.2015 | 12:39 Ответить
      Вот в любом интересном материале как-то заводится как моль вот такой слабоодарённый трамвайный хам, строящий заключения по принципу "я этого не знаю или не понимаю, поэтому это неправда". Вам всегда свойственно мыслить крайностями вперемешку с истеричными эмоциями, поэтому с вами спорить как оппонентами крайне неприятно, тем более вы все примерно одинаковые. Советую вам игнорировать то, что вас не устраивает и не красть больше чужое время на чтение ваших маленьких глупостей.
      Ответить
  • Чалдон_в_пимах  | 25.03.2015 | 07:24 Ответить
    За такие достижения нобелевка полагается?
    Ответить
    • Burano > Чалдон_в_пимах | 25.03.2015 | 08:06 Ответить
      Это будет решать Нобелевский комитет, и если это будет самым значимым открытием - дадут премию.
      Ответить
      • Roman1971 > Burano | 25.03.2015 | 08:21 Ответить
        "если это будет самым значимым открытием" - предполагаете, что это только начало!? ;)
        Ответить
  • niki  | 25.03.2015 | 07:57 Ответить
    Не знаете обзоров на эту тему?
    Ответить
  • Rattus  | 25.03.2015 | 09:27 Ответить
    Это замечательно, но как это всё теперь увязать с миром калий-цинковых геотермальных полей по Мулкиджаняну (http://postnauka.ru/video/37761)?
    Ответить
    • Вячеслав Рогожин > Rattus | 25.03.2015 | 09:34 Ответить
      Исключительно оценкой вероятности выхода необходимых реагентов в масштабах планеты...
      Ответить
    • Bedal > Rattus | 25.03.2015 | 13:15 Ответить
      а где там противоречия в принципиальных положениях? Скорее можно говорить, что эти два источника дополняют друг друга.
      Ответить
      • Rattus > Bedal | 26.03.2015 | 12:12 Ответить
        Ну, здесь утверждается, что первичный синтез мономеров происходил на поверхности в присутствии хлоридов, меди/железа, натрия и кальция, тогда как согласно Мулкиджаняну для того же этапа в "бульоне" должны присутствовать цинк, калий и магний/марганец, а натрия должно быть очень мало. И возможно это только в порах минералов в области геотермальных источников, а не на поверхности.
        Кроме того есть ещё отличия в исходных строительных блоках - простых молекулах: здесь цианиды и сероводород, а там формамид. Но тут они действительно легко дополняют друг друга и скорее всего присутствовали вместе. Хотя в этой схеме формамид (сразу кверху от цианида) - "тупиковая ветвь", которая просто сразу распадается на неорганику.
        Противоречия может быть и нет на самом деле - но где и как стыкуются эти модели - большой вопрос.
        Ответить
        • Bedal > Rattus | 26.03.2015 | 13:32 Ответить
          ну, не "следы натрия", а "калия ещё больше" - это разные вещи.

          В общем, мне кажется, что на принципиальном уровне стыкуется, а частности - там надо работать (если вообще будет сочтено необходимым).

          Но я - увы, дилетант.
          Ответить
  • SysAdam  | 26.03.2015 | 07:19 Ответить
    А вообще, шикарную работу товарищи делают.
    Ответить
    • Aab > SysAdam | 26.03.2015 | 08:32 Ответить
      Пойду во храм, поставлю свечку за их здравие :)
      Ответить
      • Bedal > Aab | 26.03.2015 | 13:33 Ответить
        Браво! :-)
        Не люблю лайки и плюсики, но тот случай, когда жалею об их отсутствии.
        Ответить
        • Aab > Bedal | 26.03.2015 | 23:45 Ответить
          А когда нам наука объяснит, откуда брались в той древности триптофан и фенилаланин (и другие пока неясные по генезису аминокислоты) - вообще круто будет.

          Интересная работа ещё была. "Элементы" обошли её стороной.

          Журнал Американского химического общества (Journal of American Chemical Society, V.128, p.20-21, 2006; http://pubs.asc.org):

          Трое ученых из Salk Institute of Biological Studies опубликовали статью, содержащую следующие результаты:

          1) Представленный в межзвездном и вулканическом газах ядовитый для современных форм жизни карбонилсульфид (S=C=O), реагирует с аминокислотами (R-CH(NH2)COOH) в водном буфере при нейтральной кислотности среды (pH около 7) в присутствии одноэлектронного окислителя K3[Fe(CN)6] c образованием циклического реакционоспособного интермедиата (далее - NCA).

          K3[Fe(CN)6] – весьма вероятный кандидат в предшественники активных центров цитохромов, белков отвечающих за окислительные процессы. (При подобном процессе сера из карбонилсульфида окисляется с HS(-) до HSO3(-) и далее в SO4(2-).) Окисление соединений серы(2-) крайне важно для некоторых современных форм океанической жизни возле черных курильщиков. Да и не только для них.

          2) NCA при этой pH (а еще лучше при 9) реагируя с молекулой какой либо аминокислоты (R’-CH(NH2)COOH, R’ возможно не равен R), дает соответствующий дипептид. Дипептиды могут реагировать с NCA сходным образом, производя трипептиды и т.д.

          3) NCA может распадаться на исходную аминокислоту и карбонат-анион под действием вездесущих гидроксил-анионов ОН-.

          При этом возможна рацемизация оптически активных аминокислот.

          4) Судьба NCA может быть и менее прозаичной, чем в п.3. Он может взаимодействовать – и делает это! – с фосфат-анионом HPO3(2-), давая смешанные ангидриды аминокислоты и остатка фосфорной кислоты. Подобные ангидриды взаимодействуя с еще одним ионом HPO3(2-), высвобождают для новых циклов предэволюции исходную аминокислоту и параллельно приводят к пирофосфат-аниону – примитивному аналогу АТФ, способному, впрочем, быть источником энергии и в некоторых современных биоциклах (хорошо сохранились!). Реакция смешанных ангидридов со второй молекулой HPO3(2-) идет в присутствии ионов кальция, в частности – на гидроксиапатитах.

          Здесь мы видим примитивные процессы О-фосфорилирофания, столь популярные ныне. Система, таким образом, получает дополнительно кучу положительных и отрицательных обратных связей. Кроме того, здесь та точка, где встречается производство энергии от окисления сульфидов современными биотами и их предшественниками с аккумулированием энергии в разного рода полифосфатах, в том числе – и возможных предшественников АТФ. Сульфиды же, как мы уже видели, могут поставляться живому не только в виде сероводорода как сейчас, но и в виде карбонилсульфида, что, по-видимому, имело место во времена оны.

          Безусловно, аминокислоты, содержащие серу, при столь ее важной роли должны были наиболее интенсивно вовлекаться в различные предбиотические процессы.

          5) Естественно, авторы не могли миновать соблазна и решили выяснить: раз NCA реагируют с фосфат-анионами, не могут ли они взаимодействовать и с аденозинмонофосфатом (АМФ)… И таки да! При этом получается соединение, несущее активированную аминокислоту, присоединенную по атому кислорода фосфатного остатка аденозина. А это прекрасный кандидат на прогресс в области синтеза транспортных РНК, необходимых для синтеза белков по матрице. ЗДЕСЬ ВСТРЕЧАЮТСЯ ВМЕСТЕ ПУТИ ЭВОЛЮЦИИ БЕЛКОВ И НУКЛЕОТИДОВ. Возможно, здесь - одна из тех точек, которые так упорно ищет все прогрессивное биохимическое и биологическое сообщество.
          Ответить
        • Aab > Bedal | 27.03.2015 | 00:22 Ответить
          А вот она - свечечка-то: http://www.cirota.ru/forum/view.php?subj=99907

          :)

          Посмотрим, как будет гореть...
          Ответить
          • SysAdam > Aab | 27.03.2015 | 05:06 Ответить
            Aab и Боголюбов Алексей Алексеевич одно лицо, как я понимаю?
            :)
            Ответить
            • Aab > SysAdam | 27.03.2015 | 08:40 Ответить
              C Б-жьей помощью, да. Те же атомы, только - в профиль :)
              Ответить
          • Bedal > Aab | 27.03.2015 | 08:54 Ответить
            ---удалено---
            Ответить
            • Aab > Bedal | 29.03.2015 | 13:22 Ответить
              Свечка моя потихоньку горит.

              Миссионерствует.
              Ответить
  • Combinator  | 26.03.2015 | 18:42 Ответить
    Всё это выглядит довольно правдоподобным, но конкретно на счёт катархея есть сомнения. По оценкам, в этот период вся вода с поверхности должна была периодически полностью испаряться в результате ударов астероидов. Вряд ли в таких условиях могла сохраняться синтезированная ранее более-менее сложная органика.
    Ответить
    • olegov > Combinator | 30.03.2015 | 11:44 Ответить
      Согласен, да и вообще с точки зрения химизма много нареканий, слишком агрессивные реагенты, слишком много шансов скатиться к смоле вместо гиперциклов.
      Ответить
      • niki > olegov | 31.03.2015 | 07:24 Ответить
        Ну смола, она всегда. Что из того.
        Ответить
  • Jokervilli  | 09.04.2015 | 14:48 Ответить
    Я так понял эксперимент Миллера — Юри еще не объясняет полностью возникновение жизни на Земле и эта статья как бы продолжение этого эксперимента? То есть эксперимент Миллера-Юри показывает как из неорганики можно получить простейшие аминокислоты, а эксперименты, описанные в данной стаьте показывают, как из простейших аминокислот можно получить что-то более сложное и уже приближенное к биологической жизни? Так?
    Объясните пожалуйста.
    Ответить
    • Aab > Jokervilli | 10.04.2015 | 16:29 Ответить
      Статья рассказывает о совместном получении:

      * 11 аминокислот,
      * 2 протобукв ДНК/РНК,
      * 2 глицерофосфатов

      из общих предшественников (грубо говоря) из неорганических веществ в гипотетических условиях Земли тех времён.

      Выявлена роль в этих превращениях:

      * фосфатов (особый хит, что фосфорилирование идёт в ВОДНЫХ условиях (а не в среде абсолютно сухих растворителей, как у нас, грешных, в колбах); и ещё: фосфат тут вообще "зажигает" - без него ничего не получалось),
      * УФ-излучения,
      * ионов меди, цинка и железа (биогенные металлы).

      "Что-то более сложное" - лёгкие полипептиды, лёгкие полинуклеотиды, ацилированные жирными кислотами глицерофосфаты - не рассмотрены.

      Полагаю, построен один из подграфов сложного графа превращений в гиперциклах Эйгена.

      Статья идёт гораздо дальше эксперимента М.-Ю.

      PS Гиперциклы Эйгена: http://www.libma.ru/biologija/udivitelnaja_paleontologija_istorija_zemli_i_zhizni_na_nei/p6.php (например; почти первая ссылка из Гугля навскидку)
      Ответить
      • Jokervilli > Aab | 13.04.2015 | 11:30 Ответить
        Спасибо за столь специфический ответ, видно что вы разбираетесь в тематике. Однако мой вопрос был много проще, возможно я его некорректно сформулировал, попробую еще раз:
        Эта статья и в принципе исследования подобного рода (а именно факт того, что эти эксперименты вообще проводятся) являются показателями того, что эксперимент Миллера-Юри еще не является основательным доказательством возникновения жизни из простой неорганики в условиях ранней Земли? Это так?
        Просто во всех научно-популярных изданиях всегда ограничиваются только этим экспериментом (как доказательством возникновения самовоспроизводящихся сложных органических молекул) и дальше ведут повествование уже в контексте "живого".
        То есть грубо говоря, повествование ведется по следующей схеме:
        1. Ранняя Земля, жесткие климатические и химические условия, живого нет, неорганический мир
        2. В некоторых местах на планете при наложении множества химических и физических факторов (подходящие хим состав, температура, уф-излучение, давление и прочее) происходит образование сложных органических молекул из простейших неорганических составляющих. Возможность этого доказана экспериментально в лаборатории Миллером и Юри.
        3. Ранняя Земля, развитие жизни. И так далее.

        Опять же переиначивая мой вопрос - эксперимент Миллера-Юри не является основательным мостом между пунктами 1 и 3?
        Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»