Substanțele organice complexe formate acumulate în apele oceanului primar, în special în părțile sale costiere și bine încălzite, formând "bulionul" primar. Saturația sa a fost promovată și de activitatea vulcanilor subterani. Într-o astfel de "bulion", procesul de formare a macromoleculelor organice complexe ar putea fi de așteptat să se dezvolte.
Compoziție chimică de natură vie
Compoziția organismelor vii reprezintă doar 16 elemente chimice, în timp ce natura neînsuflețită - mai mult de 110 elemente. Dintre cele 16 elemente de natură vie, patru elemente - carbon, hidrogen, oxigen și azot - reprezintă 99% din masa materiei vii. Acest lucru se datorează particularităților proprietăților fizice și chimice ale acestor elemente - valența, capacitatea de a forma legături covalente puternice între atomi. În organismul viu, elementul principal este carbonul. În inima celor vii sunt compușii de carbon, unde atomii de carbon sunt legați împreună printr-o legătură covalentă puternică. Aceasta asigură stabilitatea și rezistența atât a compusului chimic cât și a organismului viu în ansamblu. Atomii de carbon sunt capabili să formeze lanțuri cu ramificații lungi, atât unul cu celălalt, cât și cu atomi de oxigen, hidrogen, azot. În esență, toate lucrurile vii sunt organisme "carbon". Anterior se credea că moleculele de carbon sunt inerente numai în lucrurile vii. Prin urmare, compușii de carbon sunt numiți organici. În natura compușilor de carbon există mult mai mult decât compușii altor elemente ale tabelului periodic, majoritatea nefiind asociate cu organisme vii.
Compoziția celor vii include și astfel de macronutrienți ca fosforul, sulful, potasiul, calciul, magneziul, fierul, sodiul. Ei formează un grup de așa-numite elemente biofile sau organogeni. Microelementele au de asemenea o semnificație funcțională importantă pentru organisme: cobalt, bor, zinc, molibden, iod, cupru. Ele reprezintă o sută și o mie de procente din masa organismelor.
Monomeri și macromolecule
Toate lucrurile vii constau din diferite molecule organice mici - monomeri. Combinând, monomerii formează macromolecule (ele sunt, de asemenea, numite molecule biologice), care sunt lanțuri de polimeri. Monomerii se adaugă la o structură moleculară specifică specifică, formând proteina specifică necesară. Aceasta înseamnă că procesele de autoorganizare chimică a macromoleculelor au jucat un rol-cheie în evoluția prebiologică.
Chimia evoluționistă modernă, ca știință a autoorganizării și evoluției preferințelor sistemelor chimice în problema autoorganizării structurilor macromoleculare în perioada prebiologică, renunță la cataliză. Apariția autocataliticului, precum și o creștere a nivelului conexiunilor de informare, au accentuat puternic intensitatea comenzii de tranziție a materiei de la compuși organici simpli simplificați până la compuși organici, care sunt din ce în ce mai complexi și mai saturați. Potrivit lui A. Rudenko, elementele care evoluează în dezvoltarea sistemelor chimice prebiologice sunt tocmai acele structuri și compuși care au intensificat dramatic acțiunea catalizatorilor. În acest sens, biocataliza care implică enzime este strâns legată de problemele biogenezei și originea vieții.
Potrivit lui M. Eigen, formarea macromoleculelor și evoluția lor sunt asociate cu starea dezechilibrată a sistemelor vii deschise. Schimbul de materie și informații cu mediul (metabolismul) poate fi considerat un set de reacții chimice într-un sistem viu (celulă). În același timp, moleculele de monomeri, care se deplasează din mediul înconjurător într-un sistem viu (organism), aduc anumite informații în el. Acesta din urmă este procesat de organism și fixat în el în timpul proceselor de polimerizare și distrugere. Polimerizarea are loc prin reproducerea autoreproductivă a macromoleculelor formate. Dacă într-un sistem viu viteza de reproducere (reproducere) este mai mare decât rata de degradare a biopolimerilor, atunci macromoleculele cresc; dacă nu, atunci se dezintegrează. Numai acei monomeri care depășesc competiția intră în sistem, deci au o anumită valoare de reproducere pentru macromolecule. Astfel, există o selecție naturală, adică precursorii sistemelor vii, se pare că erau doar acele macromolecule care aveau anumite proprietăți necesare. Prin urmare, selecția naturală a lui Darwin sa manifestat deja în stadiul pre-logic al dezvoltării materiei.
În organismele vii un rol important îl joacă trei clase de molecule - monomeri: aminoacizi, nucleotide, monozaharide. Acestea servesc drept material de construcție pentru macromolecule biologice polimerice, cum ar fi proteine, acizi nucleici și polizaharide. Dimensiunile monomerilor fluctuează în intervalul 0,5-1,0 nm, iar macromoleculele - 5-300 nm. Diametrul moleculei de aminoacizi este de aproximativ 0,5 nm, cromozomul este de aproximativ 1 nm, iar atomii de carbon și hidrogen sunt de aproximativ 0,4 nm. Pentru comparație, diametrul mediu al unei celule somatice este de 10-20 pm, diametrul plantei este de 30-50 pm. Astfel, atomii sunt de aproximativ 100.000 de ori mai mici decât celulele.
Toate organismele vii, celulele lor, organele ca substructuri celulare care îndeplinesc funcții specifice, sunt în general agregate de macromolecule. Organismele vii conțin patru clase principale de biopolimeri: proteine, acizi nucleici, carbohidrați și lipide. Acestea sunt baza structurală a tuturor organismelor vii și joacă un rol important în procesele vieții.
Proteinele sunt compuși organici cu înaltă moleculară ale căror macromolecule sunt construite din resturile de 20 de aminoacizi (monomeri). Proteinele joacă un rol primordial în procesele de activitate vitală a tuturor organismelor vii. Acestea se caracterizează printr-o varietate de funcții: structurale - construcția de celule și țesuturi; reglementare - este efectuată de unii dintre hormoni; protector - efectuează anticorpi; transport - efectuează hemoglobină; energie, etc. Numai în corpul uman, de exemplu, există mai mult de 10 milioane de proteine diferite. Fără proteine, metabolismul este imposibil. Biosinteza proteinelor are loc cu participarea acizilor nucleici. Cota de proteine reprezintă aproximativ 50% din greutatea uscată a tuturor compușilor organici ai celulei.
Acizi nucleici sau polinucleotide. Aceste biopolimeri sunt construite dintr-un număr mare de resturi de nucleotide și fac parte integrantă din toate sistemele vii. Aceste macromolecule au un rol principal în biosinteza proteinelor și transferul caracteristicilor ereditare ale organismului. Acești acizi sunt asemănători în compoziție și structură, dar diferă semnificativ în greutatea moleculară, care variază de la câteva zeci de mii la 150 de milioane. Există 2 tipuri de acizi nucleici - ADN și ARN. ADN - acid deoxiribonucleic - conține informații genetice despre secvența aminoacizilor în lanțurile de polipeptide și determină structura proteinelor. ARN - acidul ribonucleic este responsabil pentru crearea de proteine. Ordinea dispunerii moleculelor de ADN și a nucleotidelor ARN determină ordinea aminoacizilor, precum și reproducerea lor în structurile proteice primare. În consecință, informațiile despre diferitele proprietăți ereditare ale structurilor organismelor vii sunt transmise prin molecule de acid nucleic și mecanismul de ereditate este pus în aplicare.
Concentrația crescândă a "bulionului primar" de substanțe organice a dus la interacțiunea, unificarea și izolarea lor în unele structuri fine în soluție apoasă, pe care A. Oparin le-a numit picături coacervate sau coacervate. Trebuie remarcat faptul că în prezent structurile similare cu coacervatele sunt obținute în mod artificial prin amestecarea soluțiilor de proteine diferite. Coacervatele, conform lui A. Oparin, sunt mici formate de picături coloidale care posedă proprietăți osmotice. Datorită interacțiunii încărcărilor electrice în soluții slabe, are loc agregarea moleculelor. Moleculele de apă creează o interfață în jurul agregatului rezultat. Probabil, simultan cu formarea polimerilor (polimerizare), a apărut și formarea membranelor biologice, limitând substanțele coacervate din mediu.
Formarea membranelor este considerată o sarcină dificilă de evoluție chimică. Fără ele, nu poate exista nici celula cea mai primitivă. Se presupune că structurile membranare, ca enzimele, au apărut în timpul formării coacervatelor. Membranele biologice sunt agregate de proteine-lipide caracterizate prin semipermeabilitate. Ei limitează materialul coacervatei din mediul înconjurător, dând puterea coacervatului "pachet".
Coacervatele au o organizare complexă și posedă o serie de proprietăți ale sistemelor vii primitive. Astfel, ei sunt capabili să absoarbă din mediu diferite substanțe care interacționează cu substanțe coacervate. Aceasta este similară formei primare de asimilare a substanțelor (asimilare). Produsele de descompunere formate în coacervate sunt eliberate spre exterior, trecând printr-o partiție semipermeabilă. Cu toate acestea, în principiu, coacervatele nu pot fi atribuite sistemelor vii, deoarece nu au capacitatea de autoreglare și de autoproducere. Ei au doar premisele sistemelor vii.
Formarea celor mai simple forme de organisme vii
Trecerea coacervatelor ca sistem de dinainte de viață unui sistem viu este principala întrebare în doctrina originii vieții. Este asociat cu acțiunea mecanismului de reducere a contactelor. În timpul selecției prebiologice, acele sisteme au supraviețuit, care nu numai că au capacitatea de a metaboliza, ci și structura specială a macromoleculelor. Aceasta a dus la apariția principalei calități a vieții - ereditate. Atunci când există un mecanism stabil pentru reproducerea informațiilor genetice, epoca evoluției chimice sa încheiat. A fost timpul pentru evoluția biologică, epoca selecției naturale.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: