Jak powstało życie?

SAMOORGANIZACJA MATERII

Praca detektywów była ciężka, a wyniki które uzyskali - ważne. Była to jednak głównie próba odpowiedzenia na pytanie: jak powstały najważniejsze składniki obecnych żywych komórek i jaka była ich kolejność pojawiania się na ewolucyjnej scenie? Istnieją jednak jeszcze inne, bardzo ważne kwestie: jak organizowały się te składniki by utworzyć prakomórkę? Jaka była kolejność integracji metabolizmu, błony komórkowej i informacji genetycznej?

Tibor Ganti w swej książce: „Podstawy życia” przedstawił abstrakcyjny model minimalnego systemu żywego. Nazwa: minimalny pochodzi stąd, że do tego, aby system wykazywał nową cechę - życie potrzebne są wszystkie jego składniki. Brak jakiegokolwiek z nich oznacza śmierć.

Ganti nazwał ów system chemotonem. Nie musiał on w rzeczywistości istnieć, ale spełnia już wszystkie kryteria życia przyjęte przez autora. I spróbujmy teraz oprzeć się na tym pomyśle i spróbować dopasować go do danych, z którymi zapoznaliśmy się.

Zanim jednak do tego przystąpimy spójrzmy na konkretne dane z dziedziny biochemii, które będą nam w tym pomocne.

U roślin i mikroorganizmów występuje specyficzny cykl przemian biochemicznych, zwany cyklem glioksalowym. Pozwala on im na syntetyzowanie cukrów z tłuszczów. Jest on szczególnie istotny dla roślin oleistych takich jak soja, rzepak, słonecznik. Ich nasiona zawierają tłuszcz jako materiał zapasowy. Rozwijający się zarodek potrzebuje również cukrów, które uzyskuje właśnie przez przemianę tłuszczów w tym cyklu. Zwierzęta, w tym także ludzie, nie mają tej zdolności. Potrafią przeprowadzać tylko reakcję odwrotną: cukier → tłuszcz. Wiedzą o tym doskonale amatorzy różnych łakoci.


Rys.6. Schemat cyklu glioksalowego. Strzałka oznacza reakcję katalizowaną przez określony enzym.


Ci z nich, którzy nie chcą pogodzić się z powiedzeniem: „ Cierp ciało jeśliś chciało” muszą starać się spalić pewien nadmiar tkanki tłuszczowej (na pewno nie taki wielki...). Wymaga to wysiłku fizycznego i z pewnością nie robi się wtedy nikomu słodko na duszy właśnie dlatego, że tłuszcz może u człowieka zamienić się tylko w CO2 i H2O (pocimy się), a nie na przykład - we fruktozę.

Powyższy cykl reakcji możemy traktować jako katalizator, czyli związek lub ich grupa które pomagają w zajściu reakcji, lecz same w jej wyniku się nie zmieniają. Widzimy że po przejściu substratu - acetylokoenzymu A w główny produkt - bursztynian cykl powraca do punktu wyjścia . Koło się zamyka.
Reakcja jest zbyt złożona, aby przeprowadzić ją za pomocą jednego enzymu, stąd cały ich zespół uzupełniony jeszcze o organiczne związki niskocząsteczkowe. Gdyby był to ciąg, a nie cykl reakcji, mógłby również katalizować złożone przemiany, lecz nie byłoby możliwości powrotu do stanu początkowego (zob.rys. 7).

Tak naprawdę nie byłby to więc katalizator (te nie zmieniają się wskutek reakcji, których przebieg ułatwiają). Komórka stosująca ciąg musiałaby dostarczać nie tylko substratu S, lecz także związku X. Otrzymywałaby również produkt uboczny K, który musiałaby usuwać. W cyklu na rysunku 7 związek X regeneruje się ze związku K.


Rys.7. Porównanie cyklu i ciągu przemian.


Załóżmy teraz, że jednym z produktów P w cyklu przemian jest związek X. Mielibyśmy wtedy właśnie taką sytuację jak w cyklu glioksalowym. Schematycznie przedstawia ją rys. 8. W tym szczególnym przypadku związkiem X jest jabłczan.


Rys.8. Schemat cyklu przemian zdolnego do powielania samego siebie.