Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Першим ступенем в еволюції життя на Землі була, ймовірно, еволюція молекул. У водному розчині містилося безліч дрібних молекул, які безладно утворювалися під дією сонячного світла, розрядів блискавок та інших джерел енергії й мали здатність каталізувати реакції, що приводили до синтезу копій самих себе. Мабуть, цей процес проходив у дві стадії: по-перше, під впливом каталітичної дії (як на матриці) йшло утворення молекули, комплементарної за структурою первинній молекулі, а потім ця друга молекула слугувала матрицею для утворення нової молекули, що була ідентична первинній молекулі. Той факт, що такий двостадійний процес реплікації (або рівнозначний йому одностадійний процес реплікації молекули, яка складається з двох комплементарних частин) нині здійснюється нуклеїновими кислотами під час реплікації генів, дає змогу припустити, що першими молекулами на Землі, які самі себе відтворювали, були справді молекули нуклеїнової кислоти. З огляду на важливу роль, яку білки відіграють у живих організмах, вважали, що саме вони мали бути першими молекулами, що самі себе подвоюють, проте наявні в цьому відношенні дані свідчать на користь нуклеїнових кислот.
Наступним ступенем в еволюції життя могла бути поява процесу синтезу білків, що спрямовується нуклеїновими кислотами. Доти, однак, поки молекули вільно переходили в навколишнє водне середовище, існувала лише невелика ймовірність розвитку процесів синтезу молекул різних видів. Лише після того, як почали формуватися клітини (які містять певну кількість води з розчиненими в ній різними речовинами, що їх утримувала від переходу в навколишнє середовище клітинна мембрана), процес молекулярної еволюції втягнув зрештою десятки тисяч речовин, які беруть участь у десятках тисяч каталітичних реакцій.
Останніми роками з'явилося багато відомостей про будову біологічних мембран. Важливі дані було отримано почасти завдяки біохімічним методам (виділення різних хімічних сполук із клітинних мембран), рентгеноструктурному аналізу, електронному та ядерному магнітному резонансу, спектроскопії, але переважно завдяки застосуванню електронного мікроскопа. Клітинні мембрани, такі як мембрана еритроцита, складаються з приблизно рівних кількостей ліпідів і білків. У них є також невелика кількість (кілька відсотків) полісахаридів, які сполучаються з поліпептидними ланцюгами, утворюючи глікопротеїди.
Основні властивості мембран значною мірою визначаються природою фосфоліпідів, що входять до їхнього складу. Молекули цих речовин на одному кінці несуть електричні заряди й групи, які утворюють водневі зв'язки, а на другому — вуглеводневі ланцюги. Полярні кінці гідрофільні й утворюють поверхню мембрани, тоді як вуглеводневі кінці, виштовхувані з водної фази, орієнтуються у напрямку до інших вуглеводнів. У результаті утворюється подвійний шар завтовшки приблизно 8 нм і будови, наведеної на рис. 15.27.
Рис. 15.27. Стереоскопічне зображення просторової моделі структури кристалічної 1,2-дилаурилфосфатидилетаноламіноцтової кислоти.
[From Hitchcock P. B., Mason R., Thomas K. M., J. Chem. Soc., London, Comm., 1974, 539.]
Рис. 15.28. Схематичне зображення будови клітинної мембрани. Показано молекули ліпідів і білків.
У фосфоліпідах, структуру яких показано на рис. 15.27, бічні ланцюги представлені залишками лауринової кислоти, що не містять подвійних зв'язків. У біологічних мембранах присутні вуглеводневі бічні ланцюги кількох видів (підрозд. 13.5). Вуглеводневі бічні ланцюги з подвійним зв'язком і з цис-конфігурацією при подвійному зв'язку зігнуті. Отримано дані, які свідчать про те, що в біологічних мембранах вуглеводневі ланцюги розташовуються перпендикулярно до кожної з двох поверхонь на деякій ділянці, а потім згинаються під кутом приблизно 30°. Крім того, було виявлено, що будова мембрани добре фіксована лише безпосередньо біля її поверхонь (рис. 15.27), тоді як кінці ланцюгів рухаються досить вільно, так що структура середньої частини мембрани наближається до структури рідини, а структура біля поверхонь — до кристала.
Крім того, молекули білків з'єднані з мембраною по-різному. Мабуть, деякі молекули білків витягнуті від однієї поверхні мембрани до другої й можуть забезпечувати перенесення молекул та іонів із зовнішнього середовища всередину клітини або у зворотному напрямку (рис. 15.28).