Protobioonide päritolu ja omadused



The protobioonid need on bioloogilised kompleksid, mis enne mõnede elu algusega seotud hüpoteeside eel olid rakud. Oparini sõnul on need molekulaarsed agregaadid, mida ümbritseb poolläbilaskev lipiidmembraan või struktuur, mis sarnaneb sellele..

Need biootilised molekulaarsed agregaadid võivad kujutada endast lihtsat reprodutseerimist ja ainevahetust, mis suutis säilitada väliskeskkonnast erineva membraani sisemise keemilise koostise..

Mõned uuringud, mida laboratooriumis on läbi viinud erinevad teadlased, on näidanud, et protobioonid võivad moodustada spontaanselt abiootilistest molekulidest valmistatud orgaanilisi ühendeid struktuuriplokkidena..

Nende katsete näited on liposoomide moodustumine, mis on membraansete ümbritsetud väikeste tilkade agregatsioonid. Neid võib moodustada, kui veele lisatakse lipiide. See esineb ka siis, kui lisatakse teisi orgaanilisi molekule.

Võin juhtuda, et prebiootiliste aegade tiikides moodustunud liposoomitaolised tilgad moodustasid juhuslikult mõned aminohappe polümeerid.

Juhul kui polümeerid valmistasid membraani läbilaskvad teatud orgaanilised molekulid, oleks võimalik nimetatud molekule selektiivselt sisse viia..

Indeks

  • 1 Omadused ja omadused
    • 1.1. Läbilaskvad membraanid
    • 1.2 Põnevus
  • 2 Päritolu
    • 2.1 Opariini ja Haldane hüpotees
    • 2.2 Milleri ja Urey katse
  • 3 Protobioonide geneetiline materjal
    • 3.1 RNA maailm
    • 3.2 DNA ilmumine
  • 4 Viited

Omadused ja omadused

Eeldatavad protobioonid võivad olla moodustatud hüdrofoobsetest molekulidest, mis olid organiseeritud kahekihilise (kahe kihi) kujul tilga pinnal, meenutades praegustes rakkudes esinevaid lipiidmembraane..

Läbilaskvad membraanid

Kuna struktuur on selektiivselt läbilaskev, võib liposoom paisuda või tühjendada sõltuvalt lahustunud aine kontsentratsioonist söötmes..

See tähendab, et kui liposoom puutub kokku hüpotoonilise söötmega (kontsentratsioon rakus on suurem), siseneb vesi struktuuri, paisutades liposoomi. Seevastu, kui keskkond on hüpertooniline (raku kontsentratsioon on madalam), liigub vesi väliskeskkonda.

See omadus ei ole liposoomidele ainulaadne, seda võib rakendada ka organismi praegustele rakkudele. Näiteks, kui punased vererakud puutuvad kokku hüpotoonilise söötmega, võivad nad plahvatada.

Põnevus

Liposoomid võivad salvestada energiat membraani potentsiaali kujul, mis koosneb pinge üle pingest. Struktuur võib täita pinget viisil, mis meenutab närvisüsteemi neuronaalsetes rakkudes esinevat protsessi. 

Liposoomidel on mitmeid elusorganismide omadusi. Kuid see ei ole sama, mis öelda, et liposoomid on elus.

Päritolu

On olemas suur hulk hüpoteese, mis püüavad selgitada elu algust ja arengut prebiootilises keskkonnas. Allpool kirjeldame kõige silmapaistvamaid postulaate, mis arutavad protobioonide päritolu:

Oparini ja Haldane hüpotees

Biokeemilise arengu hüpoteesi pakkus välja Alexander Oparin 1924. aastal ja John D. S. Haldane 1928. aastal..

See postulaat eeldab, et prebiootilisel atmosfääril puudus hapnik, kuid vähenes tugevalt suure koguse vesinikuga, mis põhjustas orgaaniliste ühendite moodustumise tänu energiaallikatele..

Selle hüpoteesi kohaselt kondenseerus vulkaanipurskete aurude tekkimine maa jahutamisel, põhjustades tugevaid ja pidevaid vihmasadusid. Kui vesi kukkus, tõmbas ta mineraalsooli ja muid ühendeid, mis põhjustas kuulsa algupärase supi või toitva puljongi.

Selles hüpoteetilises keskkonnas võiksid moodustada suured molekulaarsed kompleksid, mida nimetatakse prebiootilisteks ühenditeks, mis tekitasid üha keerulisemaid rakusüsteeme. Oparin nimetas neid struktuure protobionteseks.

Kuna protobioonid suurendasid nende keerukust, omandasid nad uued võimed geneetilise informatsiooni edastamiseks, ja Oparin andis nendele rohkem arenenud vormidele eubiontide nime..

Milleri ja Urey eksperiment

1953. aastal, pärast Oparini postulaate, arendasid teadlased Stanley L. Miller ja Harold C. Urey mitmeid katseid, et kontrollida orgaaniliste ühendite moodustumist lihtsaid anorgaanilisi materjale..

Milleril ja Ureyil õnnestus luua eksperimentaalne disain, mis simuleeris prebiootilisi keskkondi Oparini väikeses ulatuses pakutud tingimustega, saades muu hulgas mitmeid ühendeid nagu aminohapped, rasvhapped, sipelghape, uurea..

Protobioonide geneetiline materjal

RNA maailm

Praeguste molekulaarbioloogide hüpoteesi kohaselt kannavad protobioonid DNA molekulide asemel RNA molekule, mis võimaldasid neil informatsiooni kopeerida ja säilitada..

Lisaks sellele, et RNA omab olulist rolli valgusünteesil, võib see samuti toimida nagu ensüüm ja viia läbi katalüüsi reaktsioone. Selle omaduse tõttu on RNA näidustatud kandidaat, kes on esimene geneetiline materjal protobioonides.

RNA molekule, mis on võimelised läbi viima katalüüsi, nimetatakse ribosüümideks ja nad võivad teha koopiaid RNA lühikeste etappide komplementaarsete järjestustega ja vahendada nende protsessi. splaissimine, järjestuse sektsioonide kõrvaldamine.

Protobiont, mille sees oli katalüütiline RNA molekul, varieerus selle kolleegidest, kellel seda molekuli ei olnud.

Juhul, kui protobioonid võivad kasvada, jagada ja edastada RNA oma järglastele, võib selle süsteemi suhtes rakendada Darwini loomulikke valiku protsesse ja RNA molekulidega protobioonid suurendaksid nende sagedust populatsioonis.

Kuigi selle protobiooni ilmumine võib olla väga ebatõenäoline, on vaja meeles pidada, et primitiivse maa veekogudes oleks võinud olla miljoneid protobionte..

DNA välimus

DNA on palju stabiilsem kaheahelaline molekul, võrreldes RNA molekuliga, mis on habras ja kordub ebatäpselt. Replikatsiooni osas on see täpsusomadus veelgi vajalikum, kuna protobioonide genoomid suurenesid.

Princetoni Ülikoolis soovitab teadlane Freeman Dyson, et DNA molekulid võivad olla lühikesed struktuurid, mida abistati nende replikatsioonis katalüütiliste omadustega juhuslike aminohappepolümeeride abil..

See varane replikatsioon võib toimuda protobioonides, mis olid säilitanud suure koguse orgaanilisi monomeere.

Pärast DNA molekuli väljanägemist võib RNA hakata oma praeguseid rolle tõlkimise vahendajatena mängima, luues seega "DNA maailma"..

Viited

  1. Altstein, A. D. (2015). Programmi hüpotees: nukleoproteiini maailm ja elu algus. Bioloogia otsene, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., ja Byers, B.E. (2003). Bioloogia: elu Maal. Pearsoni haridus.
  3. Campbell, A. N., & Reece, J. B. (2005). Bioloogia. Toimetaja Panamericana Medical.
  4. Gama, M. (2007). Bioloogia 1: konstruktivistlik lähenemine. Pearson Education.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T. F., & Szostak, J. W. (2010). Rakulise elu algus. Külma kevadise sadama perspektiivid bioloogias, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocells mudelid elus ja sünteetiline bioloogia. Elu, 5(4), 1700-1702.