Про­цесс синтеза

Обычно считают, что главным источником энергии для про­цессов синтеза, протекавших на примитивной Земле, служили ультрафиолетовые лучи. Простые молекулы поглощают лишь очень короткие волны в этой области спектра, но по мере того, как появлялись более сложные молекулы, они начинали погло­щать более длинные волны. После того как вокруг Земли обра­зовались плотные слои атмосферы, коротковолновые лучи ультрафиолетовой области спектра не могли более достигать земной поверхности и использоваться в качестве источника энер­гии. С возникновением пигментов появилась возможность реализовать энергию видимой области спектра. Однако каким бы ни был источник энергии, от поглощения кванта энергии еще довольно далеко до его использования в биологических процессах.

Особенно сложны проблемы использования энергии для бел­кового синтеза и вопрос об условиях, при которых такое исполь­зование было бы возможным. В современных биологических си­стемах ферменты, ответственные за мобилизацию энергии и за самый синтез, являются Белками. Таким образом, если мы по­стулируем участие таких систем в образовании первых белков, то вновь окажемся перед вечной проблемой: что раньше -  ку­рица или яйцо? Было высказано предположение, что в отсут­ствие белков катализаторами могли служить иные вещества, ибо многие из известных нам фермента­тивных процессов в своей основе представляют собой реакции на поверхности молекул. В связи с этим возникает вопрос, ка­ким образом эта функция впоследствии перешла к белкам. Как бы то ни было, мы знаем, что явления, имеющие место на по­верхности глин, в некоторых отношениях сходны с явлениями, наблюдаемыми на поверхности белков.

В современных биологических системах химическая энергия для синтезов запасается в фосфатных связях органических со­единений; при расщеплении таких связей освобождаются очень большие количества энергии. Энергия, выделяемая при разрыве и переносе этих связей, регулируется сложной системой катали­заторов. Характеристики этих комплексов реакций являются уникальными для живых систем. Скорость этих реакций способна изменяться в ответ на измене­ния концентрации продукта, а их зависимость от физических условий носит особый характер, не свойственный реакциям, протекающим в неживых системах; на­конец, они отличаются высокой степенью сохранения химиче­ской энергии, нечасто наблюдаемой в неорганических процессах. Подобные реакции в живых системах в совокупности называют Биологическим окислением. Энергия, необходимая гетеротроф­ному организму, почти во всех случаях записывается в фосфор­ных связях Макроэргического соединения, называемого Аденозинтрифосфатом . При освобождении энергии в ходе биологической реакции от АТФ отщепляется одна фосфатная группа, и он превращается в аденозиндифосфат. В АДФ остается еще одна макроэргическая фосфатная связь, и он очень легко подвергается рефосфорилированию в АТФ; это фосфорилирование АДФ осуществляется при участии системы фер­ментов, о которых говорилось выше. Эти ферменты в свою оче­редь нуждаются в энергии расщепления связей АТФ, но суще­ственно здесь то, что на каждую связь АТФ, отдавшую свою энергию для работы этих ферментов, образуется более одной такой же связи. Добавочная энергия извлекается из молекул глюкозы или других соединений, на которые ферменты дейст­вуют непосредственно. В результате функционирования этой цепи взаимосвязанных реакций химическая энергия, получаемая организмом с молекулами углеводов, липидов или белков пищи в форме, недоступной для непосредственного использования, преобразуется в энергию связей АТФ.