Potrivit majoritatea oamenilor de știință (în special astronomi și geologi), Pământul format ca un corp ceresc aproximativ 5 miliarde de ani, așa-numitul prin condensarea particulelor se învârt în jurul nor de praf de soare.
Sub influența forțelor de compresie particule din care se formează pământul, o mare cantitate de căldură recuperată. Interiorul Pământului începe reacție termonucleare. Ca rezultat, pământul se încălzește. Astfel, așa-numitul 5 miliarde de ani Pământul reprezentat în spațiu graba glob incandescent, temperatura la suprafață atinge 4000-8000 ° C (fig. 2.4.1.1).
Treptat, din cauza radiației de căldură în spațiu, Pământul începe să se răcească. Aproximativ 4 miliarde de ani de așa-numitele Pământul se răcește, astfel încât crusta solidă formată pe suprafața sa; trase simultan din plămâni sol, substanțele gazoase, în creștere în sus și formând un aer primar. Pe compoziția atmosferei primare a fost considerabil diferită de prezent. oxigen liber în atmosfera pământului antic, aparent absent, și a constat substanței în stare redusă, cum ar fi hidrogenul (H2), metan (CH4), amoniac (NH3), vapori de apă (H2O), și, eventual, De asemenea, azot (N2), monoxid de carbon și dioxid de carbon (CO și C02).
Caracterul de reducere a atmosferei primare Pământului este extrem de important pentru viata, deoarece materialul în stare redusă, sunt foarte reactive în anumite condiții și sunt capabili să interacționeze unul cu celălalt pentru a forma molecule organice. Absența atmosferei de oxigen liber pământ primar (pământ practic tot oxigenul a fost legat sub formă de oxizi), este, de asemenea, o condiție importantă pentru viață, deoarece oxigenul oxidează cu ușurință și distruge compus organic astfel. Prin urmare, prezența oxigenului liber în atmosfera de acumulare de pe vechiul Pământ o cantitate semnificativă de substanțe organice nu ar fi posibil.
Aproximativ 5 miliarde de ani, etc. - apariția Pământului ca un corp ceresc; Temperatura de suprafață - 4000-8000 ° C
Aproximativ 4 miliarde de ani de așa-numitele - formarea crustei și a aerului primar
La o temperatură de 1000 ° C - atmosfera incepe in sinteza primara de molecule organice simple,
Energie pentru a produce sinteza:
Temperatura aerului primar sub 100 ° C - Formarea oceanului primar -
Sinteza de molecule organice complexe - biopolimeri din molecule organice simplu:
- molecule organice simple - monomeri
- molecule organice complexe - biopolimeri
Fig. 2.4.1.1. Principalele etape ale evoluției chimice
Când temperatura inițială a atmosferei ajunge la 1000 ° C, începe sinteza moleculelor organice simple, cum ar fi aminoacizi, nucleotide, acizi grași, zaharuri simple, alcooli polihidroxilici, acizi organici, și altele. Energia de trăsnet furnizare sinteză, activitatea vulcanică, exterior rigid radiații și, în cele din urmă, radiațiile ultraviolete de la soare, de la care nu este protejat ecranul de ozon Pământ încă, și este radiații ultraviolete, oamenii de stiinta cred ca principala sursă de energie pentru abiotice (de exemplu, despre odyascheyu fără participarea organismelor vii) sinteza substanțelor organice.
Recunoașterea și teoria pe scară largă AI Oparin a contribuit în mare măsură la faptul că procesele de sinteză abiotice a moleculelor organice pot fi reproduse cu ușurință în experimente de model.
Abilitatea de a sintetiza substanțele organice din anorganice cunoscute de la începutul secolului al 19-lea. Deja în 1828 eminent chimist german F. Wohler sintetizat substanța organică - uree din anorganic - tsianovokislogo amoniu. Cu toate acestea, sinteza posibilitatea abiogenous compușilor organici în condiții apropiate de condițiile de pământ vechi, a fost demonstrat pentru prima dată într-un experiment S. Miller.
În 1953, un tânăr savant american, Universitatea din Chicago Student-diplomnik Stanley Miller reproduse într-un balon de sticlă cu o lipire în atmosferă care transportă electrozii primar Pământului, care, potrivit oamenilor de știință care timp a constat din CH4 metan hidrogen. NH amoniac, vapori de apă și H2 0 (Fig. 2.4.1.2). Prin acest amestec gazos C. Miller, în săptămâna a trecut scântei electrice pentru a simula fulgere. După experimentul din balon a fost găsit # 945; -aminoacizi (glicină, alanină, asparagină, glutamină), acizi organici (succinic, lactic, acetic, glikokolovaya), acid y-hidroxibutiric și uree. Prin repetarea experienței S. Miller a putut obține nucleotidele individuale și lanțul de polinucleotide scurtă de cinci sau șase unități.
Fig. 2.4.1.2. Instalarea S. Miller
In experimentele in continuare asupra sintezei abiotice efectuate de diferiți cercetători, care nu sunt utilizate numai șocuri electrice, dar și alte tipuri de energie, tipice Pamantului antic - Space, UV și radiații radioactive, temperaturi ridicate inerente activității vulcanice, precum și o varietate de opțiuni pentru amestecul de gaze, care simulează aerul primar. Rezultatul a fost o întreagă gamă de molecule organice, caracteristic vii: aminoacizi, nucleotide, substanțe grase, cum ar fi zaharuri simple, acizi organici.
Mai mult, sinteza abiotic de molecule organice pot să apară în lume și în prezent (de exemplu, în timpul activităților vulcanice). Astfel, emisiile vulcanice pot fi detectate nu numai acidul HCN cianhidric, sunt precursori ai aminoacizilor și nucleotide, dar, de asemenea, aminoacizi individuali, nucleotide, și chiar un astfel de complex în structura substanțelor organice, cum ar fi porfirine. sinteza Abiotică substanțelor organice este posibilă nu numai pe Pământ, ci și în spațiu. Cel mai simplu aminoacid găsit în meteoriți și comete.
Atunci când temperatura aerului primar a scăzut sub 100 ° C, până la pământ prăbușit tulbure fierbinte și a apărut ocean primar. Cu ploaia se varsă în ocean primar au acționat sintetizat abiogenically materiei organice pe care l-au facut, dar la figurat engleză biochimist Dzhona Holdeyna, într-un diluat „supă primordială.“ Aparent, este o procese ocean primar începe formarea de molecule organice simple - monomeri molecule organice complexe - biopolimeri (vezi figura 2.4.1.1 ..).
Totuși, procedeele de polimerizare ale nukleogidov individuale, aminoacizi și zaharuri - o reacție de condensare, ele curg cu eliminarea apei, prin urmare, mediul apos nu contribuie polimerizare, ci dimpotrivă, hidroliza biopolimeri (adică, cu distrugerea adăugării lor de apă).
Formarea de biopolimer (cum ar fi proteinele de aminoacizi) pot să apară în atmosferă la o temperatură de aproximativ 180 ° C, unde au fost spălate cu precipitarea oceanului primar. De asemenea, posibil în lumea antică au fost concentrate în rezervoarele intermitente de aminoacizi și polimerizate în formă uscată, sub acțiunea fluxurilor de lumină și căldură lavă ultraviolete.
În ciuda faptului că apa favorizează hidroliza biopolimeri într-o sinteză biopolimer celulă vie este realizată într-un mediu apos. Acest proces catalizat de catalizatori proteine specifice - enzime necesare pentru sinteza și energia eliberată în timpul descompunerii adenozintrifosfat - ATP. Poate că sinteza biopolimer în mediu apos pentru a cataliza suprafața primară a oceanului unele minerale. Este demonstrat experimental că soluția de aminoacizi alanină poate fi polimerizate într-un mediu apos în prezența unei forme speciale de alumină. Aceasta formează o peptidă polialanina. Reacția de polimerizare este însoțită de descompunerea ATP alanină.
Polimerizarea de nucleotide este mai ușor decât polimerizarea aminoacizilor. S-a arătat că nucleotidele individuale polimeriza spontan în soluții de concentrație ridicată de sare, transformându-se într-un acid nucleic.
Viața este toate lucrurile moderne de viață - este un proces de interacțiune continuă a celor mai importante biopolimerilor de celule vii - proteine și acizi nucleici.
Proteine - o „molecula-muncitori“, „moleculă de ingineri“ ai unei celule vii. Descriind rolul lor în metabolismul, biochimisti folosesc adesea astfel de figuri de vorbire, cum ar fi „opere de proteine“, „reacția enzimatică este“ funcția catalitică .Vazhneyshaya belkov-. Este cunoscut faptul că catalizatorii - substanțe care accelerează reacțiile chimice, dar reacția la produșii finali nu fac catalizatori vhodyat.Bachki numite enzime. Enzimele în curbă și mii de ori accelera reactii metabolice. Metabolice, și, prin urmare, viața este imposibilă fără ele.
Acid Nucleic - un „calculatoare moleculare“ molecule - deținătorii de informații genetice. Acizii nucleici nu stochează informații cu privire la toate substanțele de celule vii, dar numai de proteine. Suficient pentru a juca în proteinele celulare fiica tipice celulei mama pentru a recrea cu exactitate toate caracteristicile structurale ale celulei mama chimice și, precum și caracterul său caracteristic și rata metabolismului. Acizii nucleici înșiși sunt de asemenea reproduse prin activitatea catalitică a proteinelor.
Astfel, generația secretă a vieții - un mecanism de apariție secretă a interacțiunii proteinelor și acizilor nucleici. Ce fel de informații despre acest proces, o știință modernă? Care au fost baza moleculară primară a vieții - proteine sau acizi nucleici?
Oamenii de știință cred că, în ciuda rolului crucial al metabolismului proteinelor în organismele vii moderne, primele molecule „vii“ nu sunt proteine și acizi nucleici, și anume acidul ribonucleic (ARN).
În 1982, biochimistul american Thomas a deschis a verifica proprietățile autocatalitică a ARN-ului. Este demonstrat experimental că într-un mediu care conține o concentrație mare de săruri minerale, ribonucleotide spontan (spontan) polimerizează pentru a forma polinucleotide - molecula de ARN. La momentul inițial polinesaturate catene de ARN nucleotidă ca șablon, prin împerechere complementară de baze azotate de ARN sunt formate Ko ISD. Reacția este catalizată de copie matriță ARN a moleculei de ARN original și nu necesită participarea enzimelor sau a altor proteine.
Evenimente ulterioare sunt destul de bine explicate printr-un proces care ar putea fi numit „selecție naturală“ la nivel molecular. Când copia în sine (auto-asamblare) molecule de ARN inexactități apar în mod inevitabil, erori. copii care conțin ARN erori este copiat din nou. Atunci când re-copiere erori pot apărea din nou. Ca urmare, populația de molecule de ARN într-o anumită zonă va fi ocean primar non-uniform.
Deoarece procesele de sinteză sunt paralele ARN și procesele de degradare în mediul de reacție se va acumula molecule având fie proprietăți mai stabile sau mai bine autocatalitice (adică, molecule care se vor replica, va „înmulți“).
Pe anumite molecule de ARN, ca matrice poate fi auto-asamblarea fragmente de proteine mici - peptide. proteină „Cazul“ se formează în jurul moleculei de ARN.
Împreună cu funcțiile autocatalitice Thomas Verificați găsit în moleculele de ARN și fenomenul samosplaysinga. Ca rezultat samosplaysinga porțiuni de ARN care nu sunt protejate de peptide spontan îndepărtate din ARN-ul (ca și în cazul în care acestea sunt „tăiate“ și „aruncat“), iar porțiunile rămase ale ARN-ului care codifică fragmente de proteine, „condensat“, adică spontan vin împreună într-o singură moleculă. Această nouă moleculă de ARN este deja codifica un complex proteic mare (Fig. 2.4.1.3).
Aparent, proteina inițial acoperă realizate în principal o funcție de protecție, protejarea împotriva degradării ARN-ului, crescând astfel stabilitatea în soluție (aceasta este funcția proteinei în cazurile cele mai simple și virusurile moderne).
Evident că, într-un anumit stadiu avantaj evoluției biochimice câștigat molecule de ARN care codifică proteine nu numai de protecție, ci și proteinele catalizatori (enzime), accelerând dramatic rata de copiere ARN. Se pare că, în acest fel, și a existat un proces de interacțiune a proteinelor și a acizilor nucleici, pe care le numim acum viața.
Pe parcursul dezvoltării în continuare, datorită apariției de proteine cu funcții enzimatice - revers transcriptaza pe molecule de ARN cu lanț singur a devenit sintetizat format din cele două catene ale moleculelor de acid dezoxiribonucleic (ADN). dezoxiriboză Lipsa OH-gruparea de la poziția 2“a face moleculele de ADN sunt mai stabile la degradarea hidrolitică în soluții slab alcaline, și anume un mediu de reacție ușor alcalin a fost în rezervoarele primare (acest mediu de reacție reținută în citoplasmă celulelor moderne).
În cazul în care se întâmplă de dezvoltare procesul complex al interacțiunii dintre proteine și acizi nucleici? Conform teoriei lui AI Oparin, locul de naștere al vieții au devenit așa-numitele picături coacervate.
Ipoteza apariției interacțiunii proteinelor și acizilor nucleici:
a) în timpul autocopiativă ARN-ului pentru a acumula erori (1 - nucleotide care corespund ARN inițial 2 - nucleotide care nu se potrivesc ARN inițial - în copierea de eroare); b) o porțiune a moleculei de ARN datorită proprietăților sale fizico-chimice „aderă“ aminoacizi (3 - molecula de ARN; 4 - aminoacizi), care interacționează unele cu altele, sunt transformate în molecule proteice scurte - peptide.
Ca urmare, moleculele de ARN inerente samosplaysinga porțiuni peptide neprotejate molecule de ARN sunt distruse, iar restul „condensat“ într-o singură moleculă care codifică o proteină mare.
Rezultatul este o moleculă de ARN, o teacă acoperită cu proteină (o structură similară și au virusurile moderne mai primitive, cum ar fi virusul mozaic de tutun)
Fenomenul coacervare constă în faptul că, în anumite condiții (de exemplu, în prezența electroliților) substanțe cu molecule mari sunt separate din soluție, dar nu sub forma unui precipitat, și sub forma unui pachet, dar centrata soluție th - coacervate. Când scuturarea coacervat dezintegrează în picături fine individuale. In astfel de picături de apă acoperite de coajă de stabilizare hidrat (o coajă de molecule de apă) - Fig. 2.4.1.4.
picături coacervate au o aparență de metabolism: influența iodului pur forțelor fizice și chimice pot absorbi selectiv anumite substanțe din soluție și eliberarea în mediu a produselor lor de descompunere. Prin concentrarea selectivă substanțe din mediul înconjurător, ele pot să crească și să ajungă la o anumită dimensiune, dar incep sa „multiplica“, înmugurirea picături mici, care, la rândul lor, pot crește și „bud“.
Concentrându rezultate picaturile soluții de proteină coacervate în timpul amestecării sub acțiunea vântului și a valurilor pot fi acoperite cu rânduri de lipide: single asemănătoare cu micele săpun (în separarea unică a picăturilor de apă din stratul de suprafață al lipidelor acoperite), sau membrana celulelor dublu-like ( atunci când re-toamna scade membrană monostrat lipidelor acoperite, într-un film lipidic care acoperă suprafața iazului - Fig 2.4.1.4) ..
Procesele de apariție picăturile coacervate, creșterea lor și „înmugurirea“ și „dressing“ a membranei bistratului lipidic ușor simulat în laborator.
Pentru picăturile coacervate este, de asemenea, un proces de „selecție naturală“, în cazul în care soluția este stocată în picătura cea mai stabilă.
În ciuda coacervate asemănare picături cu celule vii, în coacervat picături lipsește caracteristica principală a celor vii - abilitatea de a reproduce cu exactitate, copia in sine. Evident, au fost precursorii celulelor vii astfel de picături mici coacervate compuse din complexe de molecule Replicatoare (ARN sau ADN) și proteinele codificate de acestea. Poate că complexele ARN-proteine existat pentru o lungă perioadă de timp în afara picăturile coacervate sub formă de așa-numitele „gene trăiesc liber“, și, eventual, formarea lor a avut loc în mod direct, în niște picături coacervate.
O posibilă cale de trecere de la coacervate scade la primitiv evazată:
a) formarea koatssrvata;
6) stabilizarea picăturilor coacervate într-o soluție apoasă;
c) - formarea de picături în jurul bistratul lipidic, similar cu o membrană celulară: 1 - picăturii coacervate; 2 - monostrat lipidic pe suprafața rezervorului; 3 - Formarea de picături în jurul unui strat lipidic singur; 4 - formarea de picături în jurul bistratul lipidic, similar cu membrana celulară;
g) - picăturii coacervate înconjurat de un strat dublu de lipide, cu structura sa a intrat în complexul proteic nucleotidă - un prototip al primelor celule vii
Extrem de complex, nu a înțeles pe deplin știința modernă, procesul de apariția vieții pe Pământ a trecut dintr-un punct de vedere istoric este extrem de rapid. Deja de 3,5 miliarde de ani de așa-numitul Evoluția chimică sa încheiat cu apariția primelor celule vii și evoluția biologică a început.