Мономолекулярные пленки. Коацервация частиц и образование липидных мембран

 

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ - АБИОГЕНЕЗ

 

 

Мономолекулярные пленки. Коацервация частиц и образование липидных мембран

 

Как уже сказано во введении к этой главе, эта стадия биопоэза менее понятна, чем предыдущие. На этой стадии "органические" макромолекулы, образовавшиеся ранее в неорганических процессах, собираются в мелкие частицы. Голландский химик Бунгенберг де Ионг [6] давно уже предложил называть этот процесс коацервацией. Хотя термин широко использовался, его смысл до сих пор остается недостаточно четко определенным.

 

Возможно, это объясняется сложностью природы коацерватных частиц. Среди них трудно найти две одинаковые по размеру, массе или составу. Химику это кажется ужасным - ведь он привык путем анализа точно устанавливать свойства исследуемого вещества. К тому же коацерваты часто выглядят как синеватые или темные клейкие, резиноподобные вещества довольно отталкивающего вида. Пири [25] говорит о них как об "отходах, возникающих в тех случаях, когда мы (неискушенные химики) пытаемся получить что-нибудь согласно указаниям учебников". Статьи Блуа [5] о беспорядочных полимерах и Опарина [23] о реакциях обмена в коацерватных каплях дают ясное представление о трудностях экспериментирования в этой области.

 

Недавно на проблему коацервации был пролит новый свет с несколько неожиданной стороны. В последнее десятилетие океанологи обнаружили, что взвешенное в виде частиц органическое вещество встречается в морской воде значительно чаще, чем считалось до сих пор. Впервые такие агрегаты были обнаружены в проливе Лонг-Айленд. Сейчас показано, что они присутствуют не только в прибрежных водах, но и в открытом море. Райли ([27], см. также [30]) сообщает, что такие агрегаты имеют вид тонких пластинок от 5 мкм до нескольких миллиметров в диаметре. Опытным путем найдено, что такие частицы можно получить, пропуская через морскую воду пузырьки воздуха. Поэтому считают, что вспенивание играет основную роль в образовании этих агрегатов и, следовательно, в процессе коацервации этого типа. Пузырьки воздуха постоянно возникают во всех природных водоемах при волнении воды под действием ветра.

 

Считается, что в коацервации такого типа могут принимать участие поляризованные молекулы, имеющие на концах полярные и неполярные группы, например мыла, стероиды и т. п. Такие молекулы обладают поверхностно-активными свойствами, они стремятся образовать на поверхности воды пленку толщиной в одну молекулу. Выражаясь научным языком, на поверхности раздела воздух - жидкость возникают мономолекулярные пленки, которые разрушаются под действием волн. Молекулы в капельках, вырванных из пленки, стремятся перестроиться в сферическое тело, размещаясь в нем радиально, полярными концами наружу (). Падая обратно в воду, такие капельки могут пробивать поверхностную пленку и оставаться погруженными в виде мелких коацерватных капелек.

 

Образование липидных мембран

 

Другим, по-видимому, достаточно близким по времени этапом было образование мембран. Благодаря мембранам живое вещество может отличаться по составу и энергетическому уровню от окружающей среды. Например, осмотическое давление жидкостей тела большинства позвоночных близко к осмотическому давлению морской воды независимо от того, обитает животное в море, на суше или в пресной воде. На заре развития жизни мембраны были, конечно, не такими сложными, как теперь. Все же уже на самых ранних стадиях развития метаболизма должна была в какой-то форме проявляться активность, родственная той, которая свойственна мембранам. Ведь метаболизм всегда изменяет концентрацию одного или нескольких веществ, отчего и возникает различие между составом внешней и внутренней среды.

 

Это различие сохраняется благодаря важному свойству мембран: они обычно устроены так, что пропускают одни молекулы и задерживают другие. Данное свойство мембран определяется в основном размерами или электрическим зарядом (или тем и другим вместе) молекул, составляющих мембрану. Такие мембраны называются полупроницаемыми; в результате их функционирования возникает разница осмотических давлений по обе стороны мембраны.

 

Полагают, что образование примитивных мембран было в принципе сходно с образованием коацерватных капель. Оно могло начаться с выстраивания полярных молекул на поверхности раздела воздух - вода или липид - вода. Современные клеточные мембраны сложены из двойных мономолекулярных слоев липидов. Липиды играют главную роль в современных мембранах, хотя известны и нелипидные мембраны.

 

К содержанию: Руттен Происхождение жизни

 

Смотрите также:

 

Науки о Земле  Геология   Палеогеография   Палеонтология  Происхождение жизни 

 

Процесс синтеза органических веществ  Синтез органических и неорганических соединений.

 

Что такое углерод – органические и неорганические соединения...