Возникновение метаболизма

Мы уже видели (гл. 11 и 12), что в живых клетках осуществляется ряд сложных химических превращений, слагающихся из многих этапов. Совокупность всех химических реакций в живой клетке объединяют понятием «метаболизм»; сюда входит дыхание, высвобождающее энергию из питательных веществ; использование энергии для движения, для синтеза полимеров и для накопления веществ, поступающих в клетку из среды; и, наконец, превращения одних веществ в другие, после чего они используются, запасаются или выводятся из клетки.
Изучение агрегатов позволяет нам представить себе, как могли возникнуть сложные биохимические пути метаболизма. Для того чтобы подобные агрегаты превратились в живые организмы, потребовались многие миллионы лет химической эволюции, на протяжении которой шел отбор химических комбинаций, способных дольше всего просуществовать, не разрушаясь. Присутствие в агрегате молекул, катализирующих реакции, которые делали его более стабильным, обеспечивало ему более длительное существование.
Исходные вещества для таких реакций в первое время были, вероятно, в изобилии, поскольку агрегатов, которые в них нуждались, было еще мало. Однако такие удачные, стабильные, агрегаты росли и распадались на фрагменты; к ним добавлялись новые спонтанно возникшие агрегаты, и в конце концов необходимое сырье, очевидно, расходовалось быстрее, чем оно образовывалось под влиянием грозовых разрядов, в теплых лужах, остающихся после отлива, или в результате деятельности вулканов. В этих условиях должен был начаться отбор, благоприятствующий системам, способным более эффективно конкурировать за сырье, которого уже не хватало, или же системам, способным превращать в сырье какие-нибудь другие вещества, в которых недостатка не ощущалось. В конечном итоге конкуренция между системами, способными использовать эти другие вещества, должна была истощить и их запасы. Теперь преимущество получили уже системы, способные превращать какие-то третьи вещества во вторые, а вторые-в первые. При каждом повторении всей этой последовательности событий метаболические пути становились длиннее. Преимуществом при отборе должны были пользоваться те системы, у которых катализаторы, осуществлявшие различные реакции, действовали быстрее всего: эти системы могли быстрее других накапливать необходимое им сырье, расти и размножаться.

В гл. 11 и 12 мы познакомились с тем, как нынешние эукариотические клетки улавливают и используют энергию в процессах фотосинтеза и дыхания. Попробуем теперь представить себе, как в процессе эволюции могли образоваться такие метаболические системы, обеспечивающие клетки энергией.
Биологам уже давно известно, что энергию для химических реакций в живых клетках поставляет АТФ (разд. 11.2). Вначале было высказано предположение, что первые агрегаты получали энергию, поглощая АТФ из окружающего «бульона», в котором он синтезировался из неорганических соединений. Позже, однако, выяснилось, что все клетки обладают способностью запасать энергию, перекачивая ионы Н + с одной стороны мембраны на другую. Эта энергия может затем непосредственно расходоваться на перенос веществ через мембрану или использоваться для ресинтеза АТФ. Возможно, что у первых агрегатов или у примитивных клеток были такие насосы, приводимые в движение энергией солнечного света; известно, что этот источник энергии используют и в настоящее время некоторые виды бактерий для своих простых Н + -насосов. Эти насосы, вероятно, поставляли гораздо больше энергии и создавали также возможность для многократного использования одного и того же АТФ. В процессе эволюции таких насосов могли возникнуть более длинные и более сложные цепи переноса электронов, подобные тем, какие мы обнаруживаем теперь, исследуя фотосинтез и дыхание.
Путь гликолиза, на котором глюкоза расщепляется до пирувата,-составная часть почти всех процессов брожения у ныне живущих организмов; поэтому биохимики полагают, что этот путь возник на ранних этапах эволюции как способ регенерации АТФ. Цикл лимонной кислоты и сложная цепь переноса электронов представляют собой весьма эффективные механизмы для дальнейшего извлечения энергии из продуктов брожения; они имеются в настоящее время у всех живых организмов, за исключением немногих примитивных бактерий. Считается, что в ходе эволюции механизмов, осуществляющих синтез АТФ, эти процессы возникли позже других. 

Еще по теме Возникновение метаболизма:

1. Метаболизм ФОС
2. Факторы, влияющие на метаболизм ксенобиотиков. 
3. Первая фаза метаболизма ксенобиотиков. 
4. Вторая фаза метаболизма ксенобиотиков (реакции синтеза и конъюгации). 
5. 1.6. ВОЗНИКНОВЕНИЕ МНОГОКЛЕТОЧНОСТИ
6. Механизм возникновения адаптаций
7. Возникновение экологической паразитологии
8. Возникновение предбиологических систем
9. Возникновение теории эволюции
10. Возникновение космической биологии