Protobiontsov izvor in lastnosti



The protobionti gre za biološke komplekse, ki so po nekaterih hipotezah, ki se nanašajo na izvor življenja, pred celicami. Po Oparinu so to molekularni agregati, obdani s polprepustno lipidno membrano ali strukturo, podobno tej..

Ti biotski molekularni agregati lahko predstavljajo enostavno reprodukcijo in presnovo, ki je uspela ohraniti kemično sestavo notranje membrane, ki je drugačna od zunanjega okolja..

Nekateri poskusi, ki so jih v laboratoriju izvedli različni raziskovalci, so pokazali, da se lahko protobionti spontano tvorijo z uporabo organskih spojin, ki so nastale iz abiotskih molekul kot strukturnih blokov..

Primeri teh poskusov so tvorba liposomov, ki so agregacije majhnih kapljic, obdanih z membranami. Te se lahko oblikujejo, ko v vodo dodamo lipide. Pojavi se tudi, ko se dodajo druge vrste organskih molekul.

Lahko se zgodi, da so kapsule podobne liposomom nastale v ribnikih prebiotičnih časov in ti naključno vključeni nekateri polimeri aminokislin.

Če bi polimeri naredili določene organske molekule, prepustne za membrano, bi bilo mogoče navedene molekule vključiti selektivno.

Indeks

  • 1 Lastnosti in značilnosti
    • 1.1 Polprepustne membrane
    • 1.2 Razburljivost
  • 2 Izvor
    • 2.1 Hipoteza Oparin in Haldane
    • 2.2 Eksperiment Miller in Urey
  • 3 Genetski material protobiontov
    • 3.1 Svet RNK
    • 3.2 Videz DNK
  • 4 Reference

Lastnosti in značilnosti

Domnevni protobionti so lahko nastali iz hidrofobnih molekul, ki so bile organizirane v obliki dvosloja (dve plasti) na površini kapljice, kar spominja na lipidne membrane, ki so prisotne v trenutnih celicah..

Polprepustne membrane

Ker je struktura selektivno prepustna, lahko liposom nabrekne ali izsuši glede na koncentracijo raztopin v mediju..

Če je liposom izpostavljen hipotoničnemu mediju (koncentracija v celici je večja), voda vstopi v strukturo in nabrekne liposom. Če pa je medij hipertoničen (koncentracija celice nižja), se voda premakne v zunanje okolje.

Ta lastnost ni edinstvena za liposome, lahko se uporablja tudi za trenutne celice organizma. Na primer, če so rdeče krvne celice izpostavljene hipotoničnemu mediju, lahko eksplodirajo.

Razburljivost

Liposomi lahko shranjujejo energijo v obliki membranskega potenciala, ki je sestavljen iz napetosti na površini. Struktura lahko izprazni napetost na način, ki spominja na proces, ki se pojavi v nevronskih celicah živčnega sistema. 

Liposomi imajo več značilnosti živih organizmov. Vendar ni enako kot reči, da so liposomi živi.

Izvor

Obstaja široka raznolikost hipotez, ki poskušajo razložiti izvor in razvoj življenja v prebiotičnem okolju. V nadaljevanju bomo opisali najpomembnejše postulate, ki govorijo o izvoru protobiontov:

Hipoteza o Oparinu in Haldanu

Hipotezo o biokemični evoluciji je predlagal Alexander Oparin leta 1924 in John D. S. Haldane leta 1928.

Ta predpostavka predpostavlja, da prebiotično ozračje ni imelo kisika, vendar se je močno zmanjšalo, z velikimi količinami vodika, ki je povzročilo nastanek organskih spojin zaradi prisotnosti energetskih virov..

V skladu s to hipotezo, ko je prišlo do ohlajanja zemlje, se je para vulkanskih izbruhov zgostila, kar je povzročilo močne in stalne deževje. Ko je voda padla, je vlekla mineralne soli in druge spojine, zaradi česar je nastala slavna prvobitna juha ali hranljiva juha..

V tem hipotetičnem okolju se lahko tvorijo veliki molekularni kompleksi, imenovani prebiotski spojini, ki izvirajo iz vedno bolj kompleksnih celičnih sistemov. Oparin je te strukture imenoval protobionte.

Ko so protobionti povečali svojo kompleksnost, so pridobili nove zmogljivosti za prenos genetskih informacij, Oparin pa je tem naprednejšim oblikam dal ime eubionte..

Eksperiment Miller in Urey

Leta 1953 so raziskovalci Stanley L. Miller in Harold C. Urey razvili vrsto poskusov, s katerimi so preverili nastanek organskih spojin iz enostavnih anorganskih snovi..

Millerju in Ureyu je uspelo ustvariti eksperimentalno zasnovo, ki simulira prebiotična okolja s pogoji, ki jih je v majhnem obsegu predlagal Oparin, pri čemer so med drugim pridobili niz spojin, kot so aminokisline, maščobne kisline, mravljinčna kislina, sečnina..

Genetski material protobiontov

Svet RNA

V skladu s hipotezo trenutnih molekularnih biologov so protobionti nosili molekule RNA, namesto molekul DNK, kar jim je omogočilo, da so razmnoževali in shranjevali informacije..

Poleg tega, da ima bistveno vlogo pri sintezi beljakovin, se RNA lahko obnaša tudi kot encim in izvaja katalizne reakcije. Zaradi te značilnosti je RNA označen kandidat, ki je prvi genetski material v protobiontih.

RNA molekule, ki so sposobne izvajati katalizo, se imenujejo ribozimi in lahko kopirajo s komplementarnimi zaporedji kratkih odsekov RNA in posredujejo proces spajanje, odstranjevanje odsekov zaporedja.

Protobiont, ki je imel v njej katalitsko molekulo RNA, se je razlikoval od protiteles, ki nimajo te molekule..

V primeru, da bi lahko protobionti rasli, razdelili in prenesli RNA na svoje potomce, se lahko v ta sistem uporabijo Darwinovi naravni izbirni procesi, in protobionti z molekulami RNA bi povečali njihovo pogostnost v populaciji..

Čeprav je videz te protobione zelo malo verjeten, je treba zapomniti, da bi lahko v vodnih telesih primitivne zemlje obstajali milijoni protobiontov.

Videz DNK

DNK je veliko stabilnejša dvolančna molekula v primerjavi z molekulami RNA, ki je krhka in se netočno ponavlja. Ta lastnost natančnosti v smislu replikacije je postala bolj potrebna, saj so se genomi protobiontov povečali.

Na Univerzi Princeton raziskovalec Freeman Dyson predlaga, da bi bile molekule DNA lahko kratke strukture, ki so jim pomagale pri replikaciji s polimernimi naključnimi aminokislinami s katalitskimi lastnostmi..

Ta zgodnja replikacija se lahko pojavi znotraj protobiontov, ki so shranjevali velike količine organskih monomerov.

Po pojavu molekule DNK je lahko RNA začela igrati svoje trenutne vloge kot posredniki pri prevajanju in tako ustvarila "svet DNK"..

Reference

  1. Altstein, A. D. (2015). Progenska hipoteza: nukleoproteinski svet in kako se je življenje začelo. Biology Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., in Byers, B. E. (2003). Biologija: Življenje na Zemlji. Pearsonovo izobraževanje.
  3. Campbell, A. N., & Reece, J. B. (2005). Biologija. Uvodnik Panamericana Medical.
  4. Gama, M. (2007). Biologija 1: Konstruktivistični pristop. Pearson Education.
  5. Schrum, J.P., Zhu, T.F., & Szostak, J.W. (2010). Izvor celičnega življenja. Cold Spring Harbor perspektive v biologiji, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Modeli protokolov v izvoru življenja in sintetične biologije. Življenje, 5(4), 1700-1702.