Ж. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Чрезвычайно интересна проблема происхождения оптической активности. Известно, что молекулы с «асимметричным» атомом углерода существуют в двух формах, причем одна

является зеркальным отражением другой. Каждая такая форма обладает противоположной оптической активностью. Пастер показал, что те биогенные молекулы, которые, судя по их структуре, способны к оптической активности, обычно и проявляют ее на самом деле. Например, все аминокислоты в белках (за исключением глицина, у которого нет асимметричного атома) принадлежат, по терминологии Э. Фишера, к -ряду. Теперь шансы для образования оптических изомеров и -соединений) из полностью симметричных реагентов в полностью симметричной среде совершенно одинаковы. Это относится и к первому исходному абиосинтезу. Так как же вообще в природе могла возникнуть оптическая активность?

Асимметричное действие приписывалось различным физическим факторам (ссылки на литературу см. в работах [9, 545, 1854]). Если асимметрию обусловливает один из этих «слепых» процессов, то оптическая активность — это случайный факт, не имеющий более глубокого значения. Высказывались предположения, что в возникновении оптической активности важную роль сыграли избирательная адсорбция на оптически активном кварце или избирательные фотохимические процессы, протекающие под действием поляризованного света; дневной свет очень слабо поляризован по кругу. После того как было опровергнуто представление о зеркальной симметрии радиоактивного бета-распада, возникли предположения о том, что на абиосинтез повлиял этот процесс. Но, по-видимому, все эти факторы, если они и повлияли как-то на возникновение оптической активности, не могут объяснить такое поистине грандиозное явление, как природная оптическая активность.

Любопытно, что достаточно полное объяснение оптической активности биомолекул сравнительно давно дал Уолд [1939]. Происхождение оптической активности он приписал самой развивающейся жизни:

«Только тот факт, что мы учим химию, глядя на плоские поверхности бумаги и классной доски, делает такую избирательность в наших глазах странной. Мы обычно представляем себе оптические изомеры как очень похожие друг на друга молекулы, но на самом деле они обладают глубокими различиями в форме, а в том типе реакций, от которых зависит жизнь, включающем беспрестанное тонкое прилаживание молекулярных поверхностей, форма играет главенствующую роль. Организмы сделали выбор между оптическими изомерами давно. Пытаться изменить теперь этот выбор — все равно что пробовать надеть левую перчатку на правую руку... Оптическая активность появилась вследствие тонких

структурных потребностей ключевых молекул, из которых постепенно сложились организмы, при отборе оптических изомеров из рацемических смесей».

Считается, что оптические изомеры в принципе идентичны. Но хорошо известно, что эта идентичность исчезает, когда две такие асимметричные молекулы соединяются. Например, если -соединение реагирует с идентичным ему по всем другим признакам партнером или -конфигурации, то образующиеся в каждом случае продукты (диастереомеры) будут химически различаться. Например, два оптических изомера глицеральдегида (асимметричный атом С отмечен звездочкой)

химически идентичны. Но четыре возможных эфира (у концевых ОН-групп) с двумя оптическими изомерами молочной кислоты и СН3-НО—СН—СООН идентичны только попарно, т. е. мы имеем две пары соединений, различающиеся как реальный объект и его отражение. -глицеральдегидный эфир -молочной кислоты идентичен по своим химическим и физическим свойствам -гли-церальдегидному эфиру -молочной кислоты, но не L-гли-церальдегидному эфиру -молочной кислоты.

Следовательно, организмы, в которых все оптически активные молекулы без исключения были бы заменены их оптическими антиподами, были бы идентичны существующим по всем химическим и, таким образом, биологическим свойствам. Однако частичное замещение привело бы к иным результатам. Следовательно, конкуренция и отбор должны благоприятствовать тем организмам, которые содержат оптимальную смесь биомолекул в отношении их оптической активности.

Уолд сообщил, что в состав информационных макромолекул, которые хотя бы частично спиральны (белки и нуклеиновые кислоты), могут без осложнений включаться строительные блоки только одного ряда или . В противном случае молекулы будут чрезвычайно неустойчивы. Синтез таких макромолекул можно сравнить со строительством вине товой лестницы. A priori правозакрученная лестница ничем не хуже левозакрученной. Но вообразите себе лестницу, витки которой идут поочередно то вправо, то влево! Это вовсе не означает, что в целом организме не могут сосуществовать

оптические антиподы. Довольно часто в составе пептидов, например, встречаются -аминокислоты.

Чем же руководствовалась природа при выборе L-аминокислот для строительства белков и других соединений, если мир антиподов был бы ничем не хуже существующего? Вполне вероятно, что исходно оптическая активность не была строго определенной и что существовали эобионты с частично или полностью противоположными симметриями их спиральных молекул. Но в конце концов в каждой группе эобионтов, генетически связанных между собой, стали преобладать организмы, молекулы которых характеризовались одной оптической активностью. Из двух групп, образовавшихся, таким образом, выжила одна, имеющая лучшую приспособленность по каким-то другим признакам. Итак, последний выбор был обязан случаю, но он должен был произойти. На планетах других солнечных систем примерно в половине случаев выбор должен был оказаться противоположным.