екоторых растениях (зверобой). Питающиеся такой травой овцы на ярком солнечном свету заболевают и даже гибнут. Нарушение функции печени приводит к накоплению в коже фотодинамически активного производного хлорофилла — филлоэритрина. Наконец, гиперчувствительность человека к свету может быть вызвана некоторыми лекарственными препаратами. Заболевания, вызванные фотодинамическим эффектом, обусловлены в основном вторичными явлениями, связанными с токсическим действием диффундирующих в кровь фотохимических продуктов.

Резюмируя сказанное, можно представить себе следующую наиболее вероятную схему фотодинамического действия: свет—^сенсибилизатор—^триплетное состоя-ние сенсибилизатора—^окислительные превращения с участием биологического субстрата (чаще всего с участием О2)—>фотопродукт—^структурные перестройки макромолекул—^биологический эффект.

Рекомендуемая литература

Кондакова Н. В. О механизме фотодинамической инактивации ферментов.— В сб.: Биоэнергетика и биологическая спектрофо-тометрия. М., 1967, с. 100.

Кондакова Н. В., Эйду с Л. X. Квантовый выход фотосен-сибилизированной фотоинактивацин ферментов.— В сб.: Молекулярная биофизика. М., 1965, с. 217.

Grossweiner L. Molecular mechanisms in photodynamic action.— Photochem. and Photobiol., 1969, 10, 183.

К е а г n s D., К h а п A. Sensitized photooxygenation reactions and the role of singlet oxygen —Photochem. and Photobiol., 1969, 10, 193.

Oster G., McLaren A. UV-light and photosensitized inactiva-tion of TMV — J. Gen. Physiol., .1950, 33, 215.

Sastry Gordon M. The photodinamic inactivation of TMV and its ribonucleic acids by acridine orange.— Biochim. et biophys. acta, 1966, 129, 32.

Simon M.f Vunakis H. van. The photodynamic reaction of methylene blue (MB) with DNA — J. Molec. Biol., 1962, 4, 488.

Spikes J. Photosensitization.— In: The .science of photobiology. N. Y., 1977, p. 87.

Spikes J., Straight R. Sensitized photochemical processes in biological systems.— Ann. Rev. Phys. Chem., 1967, 18, 409.

Yamammoto N. Photodynamic inactivation of bacteriophage and its inhibition.— J. Bacterid., 1958, 75, 443.

Глава XXIII. СВЕТ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

В предыдущих главах рассматривались различные аспекты взаимодействия света с существующей ныне живой материей. Ни в одном случае, однако, речь не шла о «целевом» использовании энергии света для прямого синтеза сложных органических биомолекул из простых в ходе фотохимических реакций. Функции эндергониче-ского синтеза у эволюционно сложившихся форм жизни берет на себя ферментативно-матричный аппарат клеток.

Иначе обстояло дело в так называемый период химической эволюции. Для того чтобы возникли даже самые примитивные формы жизни в виде конкурирующих между собой, достраивающихся и самовоспроизводящихся полимеров, должны были так или иначе возникнуть их элементарные кирпичики — органические молекулы, такие, например, как аминокислоты, сахара и нуклеотиды. Разумеется, что синтез подобных веществ осуществлялся без участия каких-либо ферментов, для которых вообще не существовало матриц ДНК.

Выдающуюся роль в понимании механизма возникновения жизни на Земле сыграли представления, развиваемые академиком А. И. Опариным. Согласно гипотезе А. И. Опарина, синтез органических молекул из неорганических или более простых органических, связанный с ростом свободной энергии, мог осуществляться под действием естественных для той стадии развития Земли физических факторов, причем решающее значение при образовании сложных органических молекул сыграли особые структуры, получившие название коацерватных капель.

В качестве факторов, вызывающих абиогенный синтез органических молекул, рассматриваются электрические разряды (молнии), высокие температуры (горячие источники, гейзеры), проникающая радиация и ультрафиолетовый свет. Сейчас трудно оценить их соотносительную роль в добиотических стадиях эволюции. Тем не менее очевидно, что синтез веществ, вызываемый УФ-светом, имеет преимущества в сравнении с электро- и термосинтезом по перманентности и масштабности действия светового фактора.

Для понимания роли света в добиологической эволюции важным является тезис об отсутствии молекулярного кислорода в атмосфере первобытной Земли: жизнь возникла и сделала свои первые шаги в бескислородной среде. Как уже отмечалось в гл. IV, кислород обязан своим происхождением деятельности фотосинтезирующих организмов. Условиями появления фотосинтеза были серия изменений в биохимических механизмах живой системы, накопление углекислоты в окружающей среде, создание хлорофилла, переносчиков электронов и всего фотосинтетического аппарата. Помимо данных геохимии о составе первобытной атмосферы (например, восстановительный характер древних пород) существуют весомые, чисто биологические аргументы в пользу зарождения и достаточно длительной эволюции жизни в бескислородной среде. В самом деле, в организмах протекает множество биохимических реакций и превращений, отличительная особенность которых состоит в том, что они осуществляются так, чтобы любым способом избежать участия молекулярного кислорода. Как отмечают Хочачка и Самеро, основной «скелет промежуточного обмена носит строго анаэробный характер: метаболические реакции, протекающие при прямом участии кислорода, немногочисленны и к тому же представляют собой позднейшие эволюционные пристройки к уже способному функционировать анаэробному каркасу». Предполагается, что первый кислород атмосферы был своеобразным «ядом» для организмов, и они стремились его дезактивировать.

В частности, как противокислородная мера рассматривается рядом авторов возникновение биолюминесцентных реакций.

Геологические данные, хорошо согласующиеся с эво-люционно-биологическими, позволили Руттену сделать вывод о том, что первичная восстановительная атмосфера, начав заменяться кислородной около 1,5 млрд. лет назад, окончательно сформировалась к периоду, отстоящему от нашего времени всего лишь на 400—500 млн. лет.

Анаэробность первобытной Земли была благоприятной для фотохимического синтеза органических веществ по следующим причинам: 1) отсутствие озонового экрана обеспечивало беспрепятственное проникновение к земной поверхности коротковолновой части спектра солнечного излучения (100—250 нм), поглощаемого простыми неорганическими и органическими молекулами и побуждающего их к фотохимическим превращениям; 2) в бескислородной среде блокировались деструктивные окислительные фотохимические реакции, с одной стороны, и затруднялось «темновое» окисление возникших органических молекул — с другой.

Некоторые представления об энергетическом вкладе УФ-радиации могут дать ориентировочные оценки Миллера для первобытной Земли (4,5 млрд. лет назад), учитывающие более высокую температуру поверхности Солнца и отсутствие ультрафиолетпоглощающего экрана над Землей. Согласно его прикидкам, поверхность Земли получала в год за счет УФ-излучения Солнца с длинами волн короче 250 нм 660 кал/см2, в то время как за счет электрических разрядов в атмосфере — всего лишь 4, тепловой энергии вулканического происхождения — 0,13, ионизирующего компонента космоса — 0,8 кал/см2.

Молекулы метана, аммиака, водорода, воды, угарного и углекислого газов, синильной кислоты и некоторые другие вещества первобытной Земли обладают способностью поглощать коротковолновый УФ-свет с длинноволновой границей в области 130—220 нм. Длинноволновая граница поглощения окиси углерода лежит при 130 нм, воды — 140, метана — 147, аммиака — при 220 нм. Поглощаемые этими веществами кванты света вызывают довольно эффективные реакции фотолиза. Так, квантовый выход фотолиза аммиака (Х= 147 нм) составляет 0,5, воды (Х= 165 нм) — 0,3, метана — 0,35—0,5.

Существуют прямые экспериментальные доказательства возможности абиогенного синтеза в примитивных смесях, имитирующих состав добиологической земной атмосферы, под действием УФ-лучей таких соединений, как этан, этилен, пропан, бутан, ацетилен, формальдегид, мочевина, гликоль. Синтез этих относительно простых низкомолекулярных соединений может рассматриваться как промежуточный этап синтеза более сложных биологических молекул. По мере усложнения молекулярной организации спектры поглощения сдвигаются в длинноволновую сторону, смещая красную границу фотохимически активного солнечного света. Более длинноволновым поглощением обладают и радикалы.

Образование больших количеств реакционноспособ-ных ионов и радикалов под действием УФ-света делает вероятным их участие в темновых реакциях. Поэтому для отдельных превращений не требуется поглощение света комплексом из двух или трех столкнувшихся молекул (относительно редкое событие): ковалентная «сшивка» двух или более молекул может произойти даже через весьма значительный промежуток времени после столкновения фотохимически образовавшегося радикала с подходящим партнером. Например, коротковолновый свет вызывает фотоионизацию метана с превращением его в реакционноспособный ион СН~4; а из формальдегида фотохимически образуется формильный радикал СНО.

Поскольку УФ-облучение раствора формальдегида приводит к образованию Сахаров (гексоз, пентоз, рибозы и дезоксирибозы), входящих, в частности, в состав нуклеиновых кислот, формальдегид можно рассматривать как предшественник в их абиогенном фотохимическом синтезе. По-видимому, формальдегид является также и предшественником аминокислот. В опытах Т. Е. Павловской и А. Г. Пасынского в УФ-облученных водных растворах формальдегида с солями аммония было зарегистрировано образование глицина, валина, аланина, глю-таминовой кислоты и фенилаланина:

hv, Я = 254 нм R~ СНО —ZTT—xn > R-CH (NHa)-COOH.

Подобный синтез более сложных молекул из предшественников легко идет даже под действием сравнительно длинноволнового УФ-света (254 нм).

Через стадию формальдегида или ацетальдегида осуществляется и фотохимический синтез гетероциклических аминокислот и имидазола: УФ-облучение этих альдегидов совместно с азотнокислым аммонием сопровождается их накоплением в реакционной смеси.

Одним из главных предшественников сложных биологических молекул является циа