Protobionts oprindelse og egenskaber

3930
Sherman Hoover

Det protobionter De er biologiske komplekser, der ifølge nogle hypoteser relateret til livets oprindelse forud for celler. Ifølge Oparín er disse molekylære aggregater omgivet af en semipermeabel lipidmembran eller en struktur, der ligner denne..

Disse biotiske molekylære aggregater kunne præsentere en simpel reproduktion og en metabolisme, der formåede at opretholde den kemiske sammensætning af det indre af membranen forskellig fra dets ydre miljø..

Kilde: Pixabay.com

Nogle eksperimenter udført i laboratoriet af forskellige forskere har afsløret, at protobionter kunne dannes spontant ved hjælp af organiske forbindelser skabt af abiotiske molekyler som byggesten..

Eksempler på disse eksperimenter er dannelsen af ​​liposomer, som er aggregeringer af små dråber omgivet af membraner. Disse kan dannes, når lipider tilsættes vand. Det sker også, når andre typer organiske molekyler tilføjes.

Det kan ske, at liposomlignende dråber dannes i damme fra præbiotisk tid, og disse tilfældigt inkorporerede nogle polymerer af aminosyrer.

I tilfælde af at polymererne gjorde visse organiske molekyler permeable for membranen, ville det være muligt selektivt at inkorporere molekylerne.

Artikelindeks

  • 1 Egenskaber og egenskaber
    • 1.1 Semipermeable membraner
    • 1.2 Spænding
  • 2 Oprindelse
    • 2.1 Oparin og Haldane hypotese
    • 2.2 Miller og Urey eksperimenterer
  • 3 Genetisk materiale af protobionter
    • 3.1 RNA-verden
    • 3.2 Udseende af DNA
  • 4 Referencer

Egenskaber og egenskaber

De formodede protobionter kunne dannes fra hydrofobe molekyler, der var organiseret i form af et dobbeltlag (to lag) på overfladen af ​​en dråbe, der minder om de lipidmembraner, der er til stede i dagens celler..

Af Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats [Public domain], fra Wikimedia Commons

Semipermeable membraner

Da strukturen er selektivt permeabel, kan liposomet svulme op eller tømme ud afhængigt af koncentrationen af ​​opløste stoffer i mediet..

Det vil sige, at hvis liposomet udsættes for et hypotonisk medium (koncentrationen inde i cellen er højere), kommer vand ind i strukturen og hæver liposomet. I modsætning hertil bevæger vandet sig mod det eksterne medium, hvis mediet er hypertonisk (koncentrationen af ​​cellen er lavere)..

Denne egenskab er ikke unik for liposomer, den kan også anvendes på de egentlige celler i en organisme. For eksempel, hvis røde blodlegemer udsættes for et hypotonisk miljø, kan de eksplodere..

Spænding

Liposomer kan lagre energi i form af membranpotentiale, som består af en spænding over overfladen. Strukturen kan aflade spændingen på en måde, der minder om den proces, der forekommer i nervesystemets neuronale celler.. 

Liposomer har flere egenskaber ved levende organismer. Det er dog ikke det samme som at hævde, at liposomer lever..

Kilde

Der er en bred mangfoldighed af hypoteser, der forsøger at forklare livets oprindelse og udvikling i et præbiotisk miljø. De mest fremragende postulater, der diskuterer oprindelsen af ​​protobionter, vil blive beskrevet nedenfor:

Oparin og Haldane hypotese

Hypotesen om biokemisk udvikling blev foreslået af Alexander Oparin i 1924 og af John D. S. Haldane i 1928.

Dette postulat antager, at den præbiotiske atmosfære manglede ilt, men var stærkt reducerende med store mængder brint, der førte til dannelsen af ​​organiske forbindelser takket være tilstedeværelsen af ​​energikilder..

Ifølge denne hypotese kondenserede dampen fra vulkanudbrud, da jorden afkøledes, og udfældede som kraftige og konstante regn. Da vandet faldt, trak det mineralsalte og andre forbindelser, hvilket gav anledning til den berømte primitive suppe eller nærende bouillon.

I dette hypotetiske miljø kunne der dannes store molekylære komplekser kaldet præbiotiske forbindelser, hvilket skabte stadig mere komplekse cellulære systemer. Oparin kaldte disse strukturer protobionter.

Da protobionter steg i kompleksitet, erhvervede de nye evner til at overføre genetisk information, og Oparin gav navnet eubionter til disse mere avancerede former..

Miller og Urey eksperimenterer

I 1953, efter Oparins postulater, udviklede forskere Stanley L. Miller og Harold C. Urey en række eksperimenter for at verificere dannelsen af ​​organiske forbindelser startende fra enkle uorganiske materialer..

Miller og Urey formåede at skabe et eksperimentelt design, der simulerede præbiotiske miljøer med de betingelser, der blev foreslået af Oparin i lille skala, og formåede at opnå en række forbindelser såsom aminosyrer, fedtsyrer, myresyre, urinstof, blandt andre..

Genetisk materiale af protobionter

RNA-verden

Ifølge hypoteserne fra de nuværende molekylærbiologer bar protobionter RNA-molekyler i stedet for DNA-molekyler, som tillod dem at replikere og gemme information.

Ud over at have en grundlæggende rolle i proteinsyntese kan RNA også opføre sig som et enzym og udføre katalysereaktioner. På grund af denne egenskab er RNA en kandidat, der angives at være det første genetiske materiale i protobionter..

RNA-molekyler, der er i stand til katalyse, kaldes ribozymer og kan fremstille kopier med komplementære sekvenser af korte strækninger af RNA og formidle processen med splejsning, fjernelse af ben fra sekvensen.

En protobiont, der havde et katalytisk RNA-molekyle, varierede fra dets homologer, der manglede molekylet.

I tilfælde af at protobionten kunne vokse, opdele og overføre RNA til dets afkom, kan processerne med darwinistisk naturlig selektion anvendes på dette system, og protobionterne med RNA-molekyler ville øge deres hyppighed i befolkningen..

Selvom udseendet af denne protobiont kan være meget usandsynlig, er det nødvendigt at huske, at der måske har eksisteret millioner af protobionter i vandkropperne på den tidlige jord..

Udseende af DNA

DNA er et langt mere stabilt dobbeltstrenget molekyle sammenlignet med RNA, som er skrøbeligt og replikerer unøjagtigt. Denne egenskab af nøjagtighed med hensyn til replikation blev mere nødvendig, da protobionternes genomer steg i størrelse..

På Princeton University foreslår forsker Freeman Dyson, at DNA-molekyler kunne have været korte strukturer, assisteret i deres replikation af polymerer af tilfældige aminosyrer med katalytiske egenskaber..

Denne tidlige replikering kunne forekomme inde i protobionter, der havde lagret store mængder organiske monomerer..

Efter udseendet af DNA-molekylet kunne RNA begynde at spille sine nuværende roller som mellemled til oversættelse og derved skabe "verden af ​​DNA".

Referencer

  1. Altstein, A. D. (2015). Progenhypotesen: Nukleoproteinverdenen og hvordan livet begyndte. Biology Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Liv på jorden. Pearson uddannelse.
  3. Campbell, A. N. og Reece, J. B. (2005). biologi. Panamerikansk medicinsk redaktionel.
  4. Gama, M. (2007). Biologi 1: en konstruktivistisk tilgang. Pearson Uddannelse.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T. F., & Szostak, J. W. (2010). Oprindelsen til det cellulære liv. Cold Spring Harbour perspektiver i biologi, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocells-modeller i livets oprindelse og syntetisk biologi. Liv, 5(4), 1700-1702.

Endnu ingen kommentarer