Původ a vlastnosti protobiontů

3319
Anthony Golden

The protobionty Jsou to biologické komplexy, které podle některých hypotéz týkajících se původu života předcházely buňky. Podle Oparína se jedná o molekulární agregáty obklopené semipermeabilní lipidovou membránou nebo strukturou podobnou této..

Tyto biotické molekulární agregáty by mohly představovat jednoduchou reprodukci a metabolismus, který dokázal udržet chemické složení vnitřku membrány odlišné od jejího vnějšího prostředí..

Zdroj: Dreamstime.com

Některé experimenty prováděné v laboratoři různými vědci odhalily, že protobionty se mohou tvořit spontánně pomocí organických sloučenin vytvořených z abiotických molekul jako stavebních kamenů..

Příkladem těchto experimentů je tvorba liposomů, což jsou agregace malých kapiček obklopených membránami. Mohou se tvořit přidáním lipidů do vody. Vyskytuje se také, když jsou přidány jiné typy organických molekul.

Může se stát, že kapičky podobné liposomu se vytvořily v rybnících prebiotických dob a tyto náhodně začleňovaly některé polymery aminokyselin.

V případě, že by polymery učinily určité organické molekuly propustné pro membránu, bylo by možné tyto molekuly selektivně inkorporovat.

Rejstřík článků

  • 1 Vlastnosti a vlastnosti
    • 1.1 Polopropustné membrány
    • 1.2 Vzrušenost
  • 2 Původ
    • 2.1 Hypotéza Oparin a Haldane
    • 2.2 Millerův a Ureyův experiment
  • 3 Genetický materiál protobiontů
    • 3.1 RNA svět
    • 3.2 Vzhled DNA
  • 4 Odkazy

Vlastnosti a vlastnosti

Předpokládané protobionty mohly být vytvořeny z hydrofobních molekul, které byly uspořádány ve formě dvojvrstvy (dvou vrstev) na povrchu kapky, což připomíná lipidové membrány přítomné v dnešních buňkách..

Autor: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats [public domain], z Wikimedia Commons

Polopropustné membrány

Protože struktura je selektivně propustná, může liposom bobtnat nebo vyfouknout v závislosti na koncentraci rozpuštěných látek v médiu..

To znamená, že pokud je liposom vystaven hypotonickému médiu (koncentrace uvnitř buňky je vyšší), voda vstupuje do struktury a bobtná liposomem. Naproti tomu, pokud je médium hypertonické (koncentrace buňky je nižší), voda se pohybuje směrem k vnějšímu médiu..

Tato vlastnost není pro liposomy jedinečná, lze ji také aplikovat na skutečné buňky organismu. Například pokud jsou červené krvinky vystaveny hypotonickému prostředí, mohou explodovat..

Vzrušenost

Liposomy mohou ukládat energii ve formě membránového potenciálu, který se skládá z napětí na povrchu. Struktura může vybíjet napětí způsobem, který připomíná proces, ke kterému dochází v neuronálních buňkách nervového systému.. 

Liposomy mají několik charakteristik živých organismů. Není to však totéž jako tvrzení, že liposomy jsou naživu..

Zdroj

Existuje široká rozmanitost hypotéz, které se snaží vysvětlit vznik a vývoj života v prebiotickém prostředí. Nejvýznamnější postuláty, které pojednávají o původu protobiontů, budou popsány níže:

Oparin a Haldane hypotéza

Hypotézu o biochemické evoluci navrhli Alexander Oparin v roce 1924 a John D. S. Haldane v roce 1928.

Tento postulát předpokládá, že prebiotická atmosféra postrádala kyslík, ale silně se snižovala, přičemž velké množství vodíku vedlo díky přítomnosti zdrojů energie k tvorbě organických sloučenin..

Podle této hypotézy, jak se Země ochladila, kondenzovala pára ze sopečných erupcí a srážela se jako silné a neustálé deště. Když voda padla, táhla minerální soli a další sloučeniny, což vedlo ke slavné primitivní polévce nebo výživnému vývaru.

V tomto hypotetickém prostředí by mohly vznikat velké molekulární komplexy zvané prebiotické sloučeniny, které by vytvářely stále složitější buněčné systémy. Oparin nazval tyto struktury protobionty.

Jak se složitost protobiontů zvyšovala, získali nové schopnosti přenosu genetické informace a Oparin dal těmto pokročilejším formám jméno eubionts..

Miller a Urey experimentují

V roce 1953, po Oparinových postulátech, vyvinuli vědci Stanley L. Miller a Harold C. Urey sérii experimentů k ověření tvorby organických sloučenin vycházejících z jednoduchých anorganických materiálů..

Millerovi a Ureyovi se podařilo vytvořit experimentální design, který v malém měřítku simuloval prebiotické prostředí s podmínkami navrženými Oparinem, a podařilo se mu získat řadu sloučenin, jako jsou aminokyseliny, mastné kyseliny, kyselina mravenčí, močovina..

Genetický materiál protobiontů

Svět RNA

Podle hypotéz současných molekulárních biologů protobionti nesli molekuly RNA, místo molekul DNA, což jim umožnilo replikovat a ukládat informace.

Kromě toho, že má zásadní roli v syntéze bílkovin, může se RNA chovat také jako enzym a provádět katalýzu. Díky této vlastnosti je RNA kandidátem označeným jako první genetický materiál v protobiontech..

Molekuly RNA schopné katalýzy se nazývají ribozymy a mohou vytvářet kopie s komplementárními sekvencemi krátkých úseků RNA a zprostředkovat proces sestřih, odstranění nohou ze sekvence.

Protobiont, který měl uvnitř katalytickou molekulu RNA, se lišil od svých homologů, kterým uvedená molekula chyběla.

V případě, že by protobiont mohl růst, dělit se a přenášet RNA na své potomky, lze na tento systém použít procesy darwinovského přirozeného výběru a protobionty s molekulami RNA by zvýšily jejich frekvenci v populaci..

Ačkoli vzhled tohoto protobiontu může být velmi nepravděpodobný, je třeba si uvědomit, že ve vodních útvarech rané Země mohly existovat miliony protobiontů..

Vzhled DNA

DNA je mnohem stabilnější dvouvláknová molekula ve srovnání s RNA, která je křehká a replikuje se nepřesně. Tato vlastnost přesnosti, pokud jde o replikaci, se stala nezbytnější, když se zvětšily genomy protobiontů..

Na Princetonské univerzitě výzkumník Freeman Dyson navrhuje, aby molekuly DNA mohly být krátkými strukturami, jejichž replikaci napomáhají polymery náhodných aminokyselin s katalytickými vlastnostmi..

K této rané replikaci mohlo dojít uvnitř protobiontů, které uchovávaly velké množství organických monomerů..

Po objevení molekuly DNA by RNA mohla začít hrát svoji současnou roli prostředníka pro překlad, čímž by vytvořil „svět DNA“.

Reference

  1. Altstein, A. D. (2015). Hypotéza progenu: svět nukleoproteinů a jak začal život. Biology Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biology: Life on Earth. Pearsonovo vzdělání.
  3. Campbell, A. N. a Reece, J. B. (2005). biologie. Panamerican Medical Editorial.
  4. Gama, M. (2007). Biologie 1: konstruktivistický přístup. Pearson Education.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T. F. a Szostak, J. W. (2010). Počátky buněčného života. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, a002212.
  6. Stano, P. a Mavelli, F. (2015). Protocell modely v původu života a syntetické biologie. Život, 5(4), 1700-1702.

Zatím žádné komentáře