Новая теория происхождения жизни: металло-лигандные комплексы – самые древние катализаторы? |
07.09.2010 г. | |
Одна из самых больших нерешенных проблем в объяснении происхождения жизни на Земле – парадокс курицы и яйца: как могли основные биохимические вещества – такие как аминокислоты и нуклеотиды – появиться до появления биологических катализаторов (белков и рибозимов), необходимых для их образования? Цитрат железа – структура, образованная из переходного железа и цитрата, соединения, синтезируемого растениями, водорослями и многими бактериями. Мировитц и его коллеги предполагают, что подобные структуры могли катализировать образование молекулярных строительных блоков, ведущих в конечном итоге к образованию сложных молекул, необходимых для зарождения жизни. (Credit: Harold Morowitz, George Mason University) В статье в журнале The Biological Bulletin ученые выдвигают предположение, что к возникновению метаболизма и самой жизни мог привести третий тип катализатора, образовавшийся в глубине гидротермальных океанических источников.
Согласно модели ученых, которая может быть проверена экспериментально, молекулярные структуры с участием переходных металлов (железа, меди, никеля и др.) и лигандов (небольших органических молекул) могли стать катализаторами синтеза основных биохимических веществ (мономеров), выступающих в качестве строительных блоков более сложных молекул, что, к конечном итоге, привело к зарождению жизни. Модель предложена Гарольдом Моровитцем (Harold Morowitz) из Университета Джорджа Мейсона (of George Mason University – GMU), Виджейасарати Шринивасаном (Vijayasarathy Srinivasan) из GMU и Эриком Смитом (Eric Smith) из Института Санта-Фэ (Santa Fe Institute).
Однако, считает он, «можно начать с этих небольших катализатор из лигандов и металлов, и они построят мономеры, которые затем могут быть использованы для образования (больших белковых катализаторов)». Атом переходного металла может служить центром металло-лигандного комплекса, в котором он связан и окружен другими лигандами. Моровитц и его коллеги предполагают, что простые металло-лигандные комплексы в гидротермальных океанических источниках катализировали реакции, давшие начало более сложным молекулам. Затем эти все более сложные молекулы становились лигандами во все более эффективных катализаторах из металлов-лигандных комплексов. Постепенно произошло накопление молекулярных компонентов метаболизма, и они смогли самоорганизоваться в сети химических реакций, заложивших основу жизни.
Гипотеза предполагает, что образование живых форм является естественным следствием уникальных свойств переходных металлов и вытекает из теории поля лигандов, описывающей лигандные комплексы.
Моровитц и его коллеги готовят эксперименты для проверки каталитических свойств металло-лигандных комплексов с различными типами лигандов. Лиганды, известные своей способностью прочно связываться с переходными металлами, включают в себя молекулы, синтезируемые в процессе восстановительного цикла лимонной кислоты, ряда биохимических реакций, необходимых для многих микроорганизмов.
Такие эксперименты могут выявить, какие виды каталитических реакций могли привести к зарождению основ жизни. Гипотеза также допускает возможность того, что жизнь могла возникнуть не однажды.
Аннотация к статье: Morowitz, H. J., Srinivasan, V., Smith, E. Ligand Field Theory and the Origin of Life as an Emergent Feature of the Periodic Table of Elements
|