Пребиотическая химия на основе формамида: различия между версиями

== Источники формамида на ранней Земле ==

 

Одним из гипотетических источников формамида могли быть циано-формальдегидные дожди, предположительно происходившие на древней Земле.<ref name=":0">{{Книга|автор=Михаил Никитин|заглавие=Происхождение жизни. От туманности до клетки.|ответственный=|издание=|место=|издательство=|год=2016|страницы=|страниц=|isbn=978-5-91671-584-2|isbn2=}}</ref> <ref name=":1">{{Cite web|url=https://ours-nature.ru/lib/b/book/177800871/52|title=Круговорот метана на древней Земле|author=Михаил Никитин|website=|date=|publisher=}}</ref> В таком случае в ходе реакций серпентинизации, происходящих, когда вода реагирует с силикатами железа, что происходит при попадании воды в трещины [[Базальт|базальта]], образуя [[водород]]: <chem>3Fe2SiO4 + 2H2O -> 2Fe3O4 + 3SiO2 + 2H2</chem><ref name=":0" /><ref name=":1" />. Далее водород восстанавливает [[Диоксид углерода|углекислый газ]] (содержание которого на древней Земле, до появления фотосинтеза, было очень высоким<ref>{{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2944365/|title=Earth’s Earliest Atmospheres|author=Kevin Zahnle, Laura Schaefer, Bruce Fegley|website=NCBI|date=2010 Oct|publisher=}}</ref>), давая на выходе [[метан]] (<chem>CH4</chem>) и [[Муравьиная кислота|муравьиную кислоту]]. Под действием солнечного излучения в присутствие [[Азот|азота]] происходит [[фотолиз]] метана, продуктами реакции становятся [[синильная кислота]] ( <chem>HCN</chem>) и её производные - [[цианамид]] (<chem>CH2N2</chem>) и [[:en:Cyanoacetylene|цианоацетилен]] (<chem>HC3N</chem>). Подобные реакции [[Титан (спутник)#Состав атмосферы|происходят в атмосфере современного Титана]]. Синильная кислота (которая тоже может быть сырьём для синтеза РНК-нуклеотидов, аминокислот и предшественников липидов<ref name=":0" /><ref name=":3">{{Cite web|url=https://elementy.ru/novosti_nauki/432438|title=Цианосульфидный протометаболизм — верный путь к земной жизни|author=Елена Наймарк|website=Элементы|date=24.03.2015|publisher=}}</ref> <ref>{{Cite web|url=https://elementy.ru/novosti_nauki/431082|title=Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК|author=Александр Марков|website=Элементы|date=18.05.2009|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://scientificrussia.ru/news/himiki-ponyali-kak-mogla-obrazovatsya-rnk-na-rannej-zemle|title=Химики поняли, как могла образоваться РНК на ранней Земле|author=|website=Научная Россия|date=19 октября 2018|publisher=}}</ref><ref name=":6">{{Cite web|url=https://www.sciencemag.org/news/2018/10/chemists-find-recipe-may-have-jump-started-life-earth|title=Сhemists find a recipe that may have jump-started life on Earth|author=Robert Service|website=Science|date=Oct. 18 2018|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.nature.com/articles/s41467-017-02639-1|title=Wet-dry cycles enable the parallel origin of canonical and non-canonical nucleosides by continuous synthesis|author=Sidney Becker, Christina Schneider, Hidenori Okamura, Antony Crisp, Tynchtyk Amatov, Milan Dejmek & Thomas Carell|website=Nature|date=11 January 2018|publisher=}}</ref>) далее реагирует с водой, получая формамид: <chem>HCN + H2O -> HCONH2</chem>.

 

Согласно другой гипотезе источником формамида был "[[Химическая эволюция#Цинковый мир|Цинковый мир]]" ([[геотермальный источник]] с высоким содержанием [[Калий|калия]], [[Фосфор|фосфора]], [[Сульфид цинка|сульфида цинка]] и [[Сероводород|сероводорода]], который скорее всего был местом происхождения жизни<ref name=":0" /><ref>{{Cite web|url=https://ours-nature.ru/lib/b/book/177800871/50|title=Наземные геотермальные поля – колыбель жизни?|author=Михаил Никитин|website=|date=2016|publisher=}}</ref>). В "цинковом мире" азот, под действием [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетового излучения]], на кристаллах сульфида цинка восстанавливался до аммиака<ref>{{Cite web|url=https://ours-nature.ru/lib/b/book/177800871/47|title=«Цинковый мир»|author=Михаил Никитин|website=|date=|publisher=}}</ref>: <chem>N2 + 3ZnS + 6H2O -> 2NH3 + 3Zn(OH)2 + 3S</chem>, а углекислый газ до муравьиной кислоты: <chem>CO2 + H2S -> HCOOH + S</chem>. Муравьиная кислота реагирует с аммиаком при нагревании, образуя [[формиат аммония]], который при нагревании распадается до формамида и воды. Благодаря высокой температуре кипения (218 °C при обычном давлении) он эффективно накапливается в пересыхающих лужах (геотермальных источниках).

 

Также, некоторые учёные предполагают, что формамид на Земле мог иметь космическое происхождение. Попав на планету вместе с кометой, метеоритом или [[Остаточный диск|газом пылевого диска]].<ref name=":7">{{Cite web|url=https://aboutspacejornal.net/2018/02/01/жизнь-возникла-без-воды/|title=Жизнь возникла без воды?|author=|website=|date=|publisher=}}</ref>

 

Сам по себе формамид является хорошим предшественником биомолекул. Из формамида с высоким выходом получаются: [[азотистые основания]]<ref>{{Cite web|url=https://www.pnas.org/content/103/5/1194|title=Photocatalysis and the origin of life: Synthesis of nucleoside bases from formamide on TiO2(001) single surfaces|author=S. D. Senanayake, H. Idriss|website=PNAS|date=January 31, 2006|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.chtf.stuba.sk/~szolcsanyi/education/files/Chemia%20heterocyklickych%20zlucenin/Prednaska%208/Doplnkove%20studijne%20materialy/Prebiotic%20synthesis%20of%20nucleosides/Meteorites%20as%20Catalysts%20for%20Prebiotic%20Chemistry.pdf|title=Meteorites as Catalysts for Prebiotic Chemistry|author=Raffaele Saladino,] Giorgia Botta, Michela Delfino, Ernesto Di Mauro|website=|date=|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2016PNAS..113.4272N/abstract|title=Accumulation of formamide in hydrothermal pores to form prebiotic nucleobases|author=Niether, Doreen; Afanasenkau, Dzmitry; Dhont, Jan K. G.|website=astrophysics data system|date=April 2016|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cbic.201000074|title=Guanine, Adenine, and Hypoxanthine Production in UV‐Irradiated Formamide Solutions: Relaxation of the Requirements for Prebiotic Purine Nucleobase Formation|author=Hannah L. Barks  Ragan Buckley  Gregory A. Grieves Ernesto Di Mauro Nicholas V. Hud Prof. Thomas M. Orlando Prof|website=ChemBioChem|date=07 June 2010|publisher=}}</ref><ref name=":2">{{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4450408/|title=Meteorite-catalyzed syntheses of nucleosides and of other prebiotic compounds from formamide under proton irradiation|author=Raffaele Saladino, Eleonora Carota, Giorgia Botta, Mikhail Kapralov, Gennady N. Timoshenko, Alexei Y. Rozanov, Eugene Krasavin, and Ernesto Di Mauroc|website=NCBI|date=2015 Apr 13|publisher=}}</ref>, [[аминокислоты]]<ref name=":2" />, [[Углеводы|сахара]]<ref name=":2" /> и [[нуклеозиды]]<ref name=":2" /><ref name=":0" />.

 

== Формамид, как среда для образования РНК молекул ==

 

[[Фосфорилирование]] нуклеозидов в водной среде является крайне неэффективным процессом. При этом образование нуклеотидов необходимо для начала [[Химическая эволюция|абиогенеза]], ведь без нуклеотидов невозможно строительство РНК. Но в водно-формамидной среде фосфорлирование происходит уже с достаточной скоростью<ref name=":0" /><ref>{{Cite web|url=https://ours-nature.ru/lib/b/book/177800871/69|title=Рибозимы осваивают обмен веществ|author=Михаил Никитин|website=|date=2016|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.jbc.org/content/282/23/16729|title=Nucleoside Phosphorylation by Phosphate Minerals|author=Giovanna Costanzo , Raffaele Saladino , Claudia Crestini , Fabiana Ciciriello and Ernesto Di Mauro|website=Journal of biological chemistry|date=April 3, 2007.|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00927935|title=Prebiotic phosphorylation of nucleosides in formamide|author=Allen M. Schoffstall|website=|date=December 1976|publisher=}}</ref>. Нужен только самый обычный фосфатный минерал гидроксилапатит Ca5(PO4)3OH, немного солей меди и нагревание до 80 °C. Медь используется для фосфорилирования нуклеозидов и в современных клетках, она входит в состав фермента пурин-нуклеозид-киназы<ref name=":0" />.

 

Водный раствор, как среда для появления жизни имеет свои недостатки. В водной среде белки, РНК и ДНК неустойчивы<ref name=":7" />. Эти длинные молекулы со временем распадаются на отдельные звенья – аминокислоты или нуклеотиды. Химическое соединение аминокислот в белок или нуклеотидов в РНК происходит с выделением воды. Поэтому когда ее вокруг много, равновесие этой реакции смещено в сторону распада белка или РНК с поглощением воды ([[Гидролиз|гидролиз)]].<ref name=":0" /><ref>{{Cite web|url=https://ours-nature.ru/lib/b/book/177800871/43|title=Сколько воды надо для появления жизни?|author=Михаил Никитин|website=|date=|publisher=}}</ref> Однако это проблема решается в водно-формамидном раствор, где, благодаря сниженному содержанию воды, реакция будет смещена не в сторону её поглощения, а в сторону выделения, благодаря чему смогут, не распадаясь, смогут образовываться цепочки РНК<ref>{{Cite web|url=https://ours-nature.ru/lib/b/book/177800871/50|title=Наземные геотермальные поля – колыбель жизни?|author=Михаил Никитин|website=|date=|publisher=}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cbic.201200068|title=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cbic.201200068|author=Dr. Giovanna Costanzo Prof. Raffaele Saladino Dr. Giorgia Botta Dr. Alessandra Giorgi Dr. Anita Scipioni Dr. Samanta Pino Prof. Ernesto Di Mauro|website=ChemBioChem|date=30 March 2012|publisher=}}</ref>.