Читаем Энергия и жизнь полностью

В заключение особо оговорим энергетические преимущества перехода к живым системам, совершенствования и усложнения структур протоклеток. Фазовое обособление структур очевидно из физико-химических требований. Однако по энергетике, например при прямом взаимодействии с квантами света, молекулы, связанные в полимер и укрытые в клетке, могут даже частично проигрывать по сравнению со свободными молекулами того же типа, оставшимися в первичном бульоне. В частности, это может происходить из-за эффекта затенения их друг другом или оболочкой клетки. Но мощнейшим противовесом, компенсирующим все потери, служит возникающий метаболизм. Высасывание по законам химической кинетики органических молекул с запасенной в них абиогенно энергией из объемов, гораздо больших, чем размеры самих пробионтов, резко увеличивает энергетическую нагрузку на каждую включенную в состав протоклетки молекулу. Первичные варианты, способные к автокатализу, относительно быстро смогли использовать самые доступные органические молекулы из первичного бульона — это и есть развитие по ЭПЭР (захват энергии и пространства без изменения качества). А при нехватке доступного источника стала в отборе совершенствоваться качественная сторона — интенсификация процесса метаболизма старых соединений и возрастание умения утилизировать новые источники. Это — прямое проявление действия ЭПИР (совершенствование структуры для выполнения функций, связанных с перекачкой энергии). Развитие и совершенствование циклов недостающих веществ выглядит здесь очевидным.

Итак, всего вероятнее, что первый шаг в «оживлении» химического круговорота, первый разрыв химического цикла, а точнее, встраивание в него, были сделаны гетеротрофными анаэробными формами. По сравнению с остальными организмами их пути метаболизма гораздо короче, а энергия, используемая ими, заключена в транспортабельной форме в абиогенно образованных органических молекулах. Первичные сопрягающие агенты в форме полифосфатов также могли иметься в наличии в результате простых химических синтезов.

Основным поставщиком энергии, самым простым, самым универсальным, является гликолиз, или анаэробное брожение. При нем происходит разрушение глюкозы или родственных ей соединений, и высвобождаемая энергия запасается в форме «моченого полифосфата», т. е. в форме молекулы АТФ, которая и является универсальной энергетической «валютой». Следовательно, по схеме эволюции «от простого к сложному» («задом наперед», по Горовицу) гликолитический путь получения энергии возник после исчерпания полифосфатов, образовавшихся абиогенно путем химической конденсации. Видимо, скорости химического образования полифосфатов уже не могли удовлетворять энергетические потребности растущей популяции примитивных организмов. И это естественно. Автокатализ, характерный для живых систем, быстро показал неэффективность химического синтеза вещества, а особенно его энергетическую недостаточность.

При гликолизе, в результате 10 согласованных реакций, каждая молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пирувата, а клетка получает две макроэргические фосфатные связи в виде молекул АТФ (из АДФ). Подчеркнем единство энергетического и субстратного подходов. Пируват служит субстратом для целого семейства нужных для клеток соединений, например этилового спирта, молочной кислоты и ряда других кислот типа муравьиной, уксусной, янтарной, масляной; пропилового и бутилового спирта, ацетона, газообразного водорода и т. д. Это определяется природой конечного акцептора электрона. И, что очень существенно, весь этот «букет» достигается включением лишь небольшого числа дополнительных реакций и с применением сходных каталитических механизмов. Все эти вещества служат строительным материалом для дальнейших синтетических реакций конструктивного обмена. Если к этому добавить, что гликолиз характеризуется необычайно высокими скоростями протекания реакции, а следовательно, и получения энергии, то становится ясным, почему он так широко распространен в современном живом мире.

Недостатком его является невысокая степень высвобождения энергии из исходного субстрата: продукты его остаются еще высокоэнергетическими. Поэтому электроны, поднятые прямо или косвенно энергией фотонов на высокий энергетический уровень, опускаются не на нижний основной уровень, а совсем немного, останавливаясь на промежуточных уровнях восстановленных соединений-акцепторов.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Статьи и речи
Статьи и речи

Труды Максвелла Доклад математической и физической секции Британской ассоциации (О соотношении между физикой и математикой) Вводная лекция по экспериментальной физике (Значение эксперимента в теоретическом познании) О математической классификации физических величин О действиях на расстоянии Фарадей Молекулы О «Соотношении физических сил» Грова О динамическом доказательстве молекулярного строения тел Атом Притяжение Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц Строение тел Эфир Фарадей О цветовом зрении Труды о Максвелле М. Планк. Джемс Клерк Максвелл и его значение для теоретической физики в Германии А. Эйнштейн. Влияние Максвелла на развитие представлений о физической реальности Н. Бор. Максвелл и современная теоретическая физика Д. Турнер. Максвелл о логике динамического объяснения Р.Э. Пайерлс. Теория поля со времени Максвелла С.Дж. Вруш. Развитие кинетической теории газов (Максвелл) А.М. Ворк. Максвелл, ток смещения и симметрия Р.М. Эванс. Цветная фотография Максвелла Э. Келли. Уравнения Максвелла как свойство вихревой губки  

Джеймс Клерк Максвелл , Н. А. Арнольд

Физика / Проза прочее / Биофизика / Прочая научная литература / Образование и наука
Биосфера и Ноосфера
Биосфера и Ноосфера

__________________Составители Н. А. Костяшкин, Е. М. ГончароваСерийное оформление А. М. ДраговойВернадский В.И.Биосфера и ноосфера / Предисловие Р. К. Баландина. — М.: Айрис-пресс, 2004. — 576 с. — (Библиотека истории и культуры).В книгу включены наиболее значимые и актуальные произведения выдающегося отечественного естествоиспытателя и мыслителя В. И. Вернадского, посвященные вопросам строения биосферы и ее постепенной трансформации в сферу разума — ноосферу.Трактат "Научная мысль как планетное явление" посвящен истории развития естествознания с древнейших времен до середины XX в. В заключительный раздел книги включены редко публикуемые публицистические статьи ученого.Книга представит интерес для студентов, преподавателей естественнонаучных дисциплин и всех интересующихся вопросами биологии, экологии, философии и истории науки.© Составление, примечания, указатель, оформление, Айрис-пресс, 2004__________________

Владимир Иванович Вернадский

Геология и география / Экология / Биофизика / Биохимия / Учебная и научная литература