1 / 33

Orienteringskurs Astrobiologi Del 4

Orienteringskurs Astrobiologi Del 4. Jordens ungdom. 4,6 miljarder år före nutid Jorden bildades, het planet, tät atmosfär, maffig växthuseffekt 4,4 miljarder år före nutid första hav, jordskorpan bildades under havet

arlene
Download Presentation

Orienteringskurs Astrobiologi Del 4

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Orienteringskurs Astrobiologi Del 4

  2. Jordens ungdom 4,6 miljarder år före nutid Jorden bildades, het planet, tät atmosfär, maffig växthuseffekt 4,4 miljarder år före nutid första hav, jordskorpan bildades under havet 4,4 - 3,9 miljarder år f. n. många meteorit-och kometinslag jorden fortfarande het “Hadean period” Inte så mycket information geologiska formationer från denna tid omvandlas senare

  3. De äldsta bergarterna-tecken av liv ? Isua-berg (sedimenter) innehåller korn som visar högre andel av 12C än omgivningen. Tecken av liv ? Aktiverings- energi 12C-Glucos 12CO2 13C-Glucos 13CO2 Aktiveringsberg är lite mindre vid 12CO2: inbyggs preferentiellt i planter Forskarna hävdar att det finns också abiotiska väger för 12C- anrikning (tex Fischer-Tropsch) Isua-formation Grönland (ålder 3.8 miljarder år)

  4. Första otvivelaktiga tecken av liv - sedimenter bildad av biofilmer av mikroorganismer (t.ex. alger) - äldsta stromatoliter kan vara 3.5 miljarder år gamla - man trodde att stromatoliter orsakas bara av en fåtal arter  stämmer kanske inte Stromatoliter Gamla stromatoliter Stromatolitkultur i Australien

  5. Hur kunde de första levande organismer ha sett ut ? Under nutiden: 3 cellarter Eukaryoter Alla flercelliga (djur, högre planter, svampar), men också några encelliga organismer Eukaryoter (utbildad cellkärna) Bakterier Prokaryoter (ingen cellkärna, bara DNA-slinga) Arkeer (Archaea) har många egenskaper gemensam med eukaryoter

  6. Prokaryotisk cell

  7. Prokaryoter

  8. Eukaryoter Råmaterialer kommer i cellan Sopmaterial lämnar cellen - utpräglad cellkärna - cellmaterialet sitter inom cellmembranen - cellen interagerar med omgivningen - komplex biokemi äger rum - alla funktioner kon- trolleras av genetisk information Energi lämnar cellen Energi kommer in i cellen

  9. Eukaryotisk cell Nukleus: DNA i kromosomer Mitokondrier: producerar energi Endoplasmatisk reticulum: syntes och smältning av fettsyror och proteiner, ribosomer finns där Golgi-komplex: proteincessering och transport Lysosomer: nedbrytning av sopmaterial Kloroplaster fotosyntes (bara i planter) Samma byggnadsmönster i alla eukariotiska celler Finns det en gemensam förfader ?

  10. Gemensamma egenskaper av alla celler - cellmembraner - genetisk kod - översättningsmekanism (m-RNA, t-RNA) - alla funktioner kon- trolleras av genetisk information Last Universal Common Ancestor (LUCA)

  11. Gemensamma gener Gener: Sequenser av basparer i DNA/RNA - 283 gener i nästan alla eukaryoter, 24 i Bakterier 145 i arkeeer (Archeae) - ju närmare två arter står varandra, desto flera gener överensstämmer - information kan användas för att bedöma närheten av 2 arter (schimpanser och människor har 98% liknande gener) - möjligt att rekonstruera generna av LUCA

  12. Gemensamma gener osäkra Lateralgentransfer (mellan olika arter efter separation i träden gör bestämning av LUCA-gen svårare)

  13. Problem med LUCA-hypotesen - 2 olika membrantyper i celler: isoprenoidmembraner i arkeer och fett(lipid-)membraner i bakterier och eukaryoter Yttervärlden Membranprotein Fosfolipider Cytoplasma - möjlig massiv gentransfer i tidiga celler (hade kanske permeabel cellmembran) - kanske var generna inte lokaliseras i bestämda organismer, men interagerade med varandra

  14. Egenskaper av membraner med korta kolkedjor - Membraner med korta kolkedjor ~10 kolatomer släpper små enheter igenom (aminosyrer, nukleobaser), men är genom- trängliga för polymerer - polymerer (proteiner, DNA, RNA) kunde hållas fast i cell-plasman och aminosyror och nukleobaser kommer in som efterskott - de första cellerna kunde bildas på detta vis Proteiner, DNA Aminosyror, nukleobaser

  15. Isoprenoid- versus lipidmembran Lipid- membran förgreningar Isoprenoid- membran Vilken membrantyp hade LUCA ? Isopren

  16. ”Chicken and egg problem” DNA/RNA proteins - för translation av DNA via RNA till proteiner krävs proteiner RNA-polymerase, ribosomer - Proteiner syntetiseras av ribosomer från RNA (DNA) mall Translation

  17. Teori: Första ”genombrottsorganism” - första kodering av proteiner med RNA - mycket primitiv, nästan slumpaktig, många ”fel” - men kan utveckla sig genom Eigen-kretsen Naturlig variation Darwin-selektion Nya funktioner utvecklas Eigen krets Darwin-selektion Ökande nogrannhet av translation Större genomer

  18. Hur kan dessa organismer ha sett ut ? Virus kunde ge svar: - har ibland bara en RNA-sträng med 3500 nukleobaser - koderar 3 proteiner: replikase (för RNA replikation), maturase (interaktion med värdscellen) och skalprotein - virus lever i område (värdscell) var alla byggstenar (aminosyror, nukleo- baser) är närvarande - genombrottsoranismen kunde ha levat i en liknande omgivning

  19. Vad hände före ”genombrottsorganismen” - proteiner kan inte replicera sig själva - DNA kan inte funka som enzym - RNA kan ha vissa enzymegenskaper, det finns s. k. ribozymer - kunde kanske replicera sig själv - före första RNA-proteinorganism kunde en RNA-organism ha existerat. Hammarhead-ribozym

  20. RNA-världen - följd av baser bestämmer strukturen av RNA molekyler (och i följd ribozymer) - RNA molekyler kan kopiera sig själv (inga proteiner närvarande) - några ribozymer fortfarende kvar i eukaryoter, mindre i prokaryoter - minsta naturliga ribozymer har bara 40 nukleobaser (artificiella 29)

  21. Problem - byggstenarna (nukleotider måste vara närvarande) - fanns det cellmembraner ? (sparande av polymerer) - nuvarande ribozymer har inga polymerisationsfunktioner (polymerisation utgörs av proteiner) Negativt laddad Nukleotid RNA

  22. Var kommer RNA polymerer från ? - lerpartiklar har oftast positivt laddade joner absorberad på (negativ laddade) ytan - positiv laddade joner tilldrar sedan nukleotider, polymerisation kan händer - annan möjlighet: mycket kalla salt- lösningar. Negativa joner Montmorillonit lerpartikel

  23. Också reaktiv Varifrån kommer energin för polymerisationen ? - i moderna livet från klyvning an P-O bindningen i trifosfater Bindning av 5’-C-atom av en ribosmolekyl till 3’-C- atom av en annan. Problem: 2’-OH gruppe på ribos kan också reagera med fosfat (inte i DNA)

  24. Hur bildas nukleotider ? - från nukleosider och fosfat - nukleosidproduktion inte hel klarlagt - möjligen via ribosfosfat eller ribos + HCN (Problem: rätt kiralitet) Adenin Nukleosid b-ribos Anomer C-atom Nukleotid

  25. Annan möjlighet RNA kanske inte första biopolymer PNAs (peptid nucleic acid) (akiral !) Threose nucleic acids (TNA) bara 2 OH grupper ! RNA bildas av kopiering fran dessa polymerer och sedan slog igenom genom Darwinselektion

  26. Sammanfattning av problem med RNA-organismer och RNA-världen - beroende av omgivning för byggstenar - hur gick urvalet av komponenter till - bildning av nukleotide och polymerer - homokiralitet - Hur bildas celler ? - ribozymer är dåliga på polymerisation - instabilitet - hur växer de fram till tillräcklig storlek - hur bildas en tillrävcklig mängd av RNA organismer att de kan överleva och vidareutvecklas ? - var kunde de leva ?

  27. Var kunde RNA-organismer existera ? - Polymerisation kräver vatten - nucleotider är negativt laddade - Katalysatorer (lera) kunde ha underlättad polymerisationen Life on the beach

  28. Var kunde RNA-organismer existera ? “Porous black smokers”

  29. Porösa ”black smokers”

  30. Habitat för RNA-organismer -porer i porösa “black smokers kunde utgör de första celler utan membraner - annan möjlighet: mycket kalla lösningar polymerisation lättare kalla och heta områden uppen- barligen fördelaktiga kan organismer leva där ?

  31. Vägen till liv Eukaryoter Prokaryoter LUCA DNA genomer Riborgis eigensis: antagen organism med genetisk kod och genetisk information primitivea proteiner för att kopiera RNA RNA värld (RNA, proto-ribosomer, ribozymer) Prebiotisk kemi

  32. Tidtabell av vägen till liv Tidsskala: miljarder år före nutid

More Related