Vznik ivota
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 37

Vznik života PowerPoint PPT Presentation


  • 199 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Vznik života. Úvod do protobiologie. Dvě etapy ve vývoji živých systémů. Chemická evoluce Biologická evoluce. Chemická evoluce. Abiotický vznik chemických stavebních kamenů (nukleotidy, aminokyseliny) Vznik makromolekul Vznik „replikace“. Vznik stavebních kamenů.

Download Presentation

Vznik života

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Vznik ivota

Vznik života

Úvod do protobiologie


Dv etapy ve v voji iv ch syst m

Dvě etapy ve vývoji živých systémů

  • Chemická evoluce

  • Biologická evoluce


Chemick evoluce

Chemická evoluce

  • Abiotický vznik chemických stavebních kamenů (nukleotidy, aminokyseliny)

  • Vznik makromolekul

  • Vznik „replikace“


Vznik stavebn ch kamen

Vznik stavebních kamenů

  • Redukující atmosféra, voda

  • Neredukující atmosféra, voda

  • Hydrosféra (podmořské sopky ‘kuřáky’)

  • Kosmos

  • Atmosféra

  • Litosféra (deep hot biosphere)


Stanley l miller 1953 methan amonium voda vod k elekt ina

Stanley L. Miller 1953 (methan, amonium, voda, vodík, elektřina)

Redukující atmosféra, voda


Miller 1974 ch 4 nh 3 h 2 0 h 2

Miller 1974: CH4, NH3, H20, H2


Neredukuj c atmosf ra voda

Neredukující atmosféra, voda

  • CO2, H2O, 40 MeV ionty helia – AA, HCN

  • CH4, NH3, H2O, tlaková vlna – AA

  • CH4, NH3, H2O,900-1200°C – AA (14 druhů)

  • formaldehyd, molybden, slunce – AA

  • formaldehyd, nitráty, Hg výbojka – AA

  • CO2, N2, H2O, elektrické jiskry - AA


Transfer organick ch l tek z kosmick ho prostoru

Transfer organických látek z kosmického prostoru

  • Oró J. 1961 V nehořlavé atmosféře velmi efektivní, bohatě kompenzuje nižší efektivnost syntézy organických sloučenin v neredukujícím prostředí.

  • V současnosti 3.105 kg uhlíkatých sloučenin za rok, v době bombardování Země mohly meteority a komety přinášet asi 5.107 kg.

  • Složení mezihvězdných oblaků H2O, NH3, CO, CO2, CH3OH, CH4, H2CO, OCS a HCOOH, C=N-X


Vznik ivota u podmo sk ch ku k

Vznik života u podmořských kuřáků

mořská voda

protoorganismy

mořská voda

polymery

Cukry, puriny, pyrimidiny

mořská voda

Aminokyseliny, kondenz. ag.

mořská voda

H2, CH4, NH3, H2S, CO, HCN

mořská voda

CO2, teplo

Magma 1000°C


Vznik organick ch l tek v atmosf e

Vznik organických látek v atmosféře

  • Woese C.R. 1979 Povrch příliš horký, kapalná voda pouze v horních vrstvách atmosféry. Syntéza metanu z CO2 a H2 jako hlavní zdroj energie pro první organismy.

  • Problémy: destrukce organických látek kyslíkovými radikály a UV zářením, sterilizace díky konvekčním proudům i gravitaci.


Vznik ivota v litosf e

Vznik života v litosféře

  • Thomas Gold The Deep Hot Biosphere, 1998

  • Díky tlaku kapalná voda v litosféře, stabilní prostředí, chráněné před UV zářením.

  • V současnosti většina biomasy v 10 km vrstvě, na povrchu by vytvořila souvislou 1,5 m vysokou vrstvu.

  • Praktický dopad teorie – ropa.


Vznik makromolekul polynukleotidy

Vznik makromolekul: polynukleotidy

  • Polymerace monomerních nukleotidů teplem v bezvodém prostředí nebo působením kondenzačního agens (polyfosfát, cyanamid).

  • Spontánní polymerace předem aktivovaných nukleotidů (např. imidazol aktivovaných nukleotidů).


Vznik dinukleotid u z nukleotidu a 5 fosforimidazolidu

Vznik dinukleotidu z nukleotidu a 5’ fosforimidazolidu


Vznik makromolekul polynukleotidy1

Vznik makromolekul: polynukleotidy

  • Polymerace monomerních nukleotidů teplem v bezvodém prostředí nebo působením kondenzačního agens (polyfosfát, cyanamid).

  • Spontánní polymerace předem aktivovaných nukleotidů (např. imidazol aktivovaných nukleotidů).

  • Úloha jílů – montmorillonit – až dekanukleotidy.

  • Primordiální polévka x primordiální lívanec (Pizza) – jíly nebo pyrit (kladný povrchový náboj).


Vznik makromolekul polypeptidy

Vznik makromolekul: polypeptidy

  • Kondenzace v bezvodém prostředí (zahřátím a odpaření roztoku – aminokyseliny musí být v kapalném prostředí – lze toho dosáhnut přidáním snadno „tavitelných“ aminokyselin aspartátu a glutamátu.

  • Sidney Fox 33 % aspartátu, 17 % glutamátu, 3 % ostatních aminokyselin.


Obsah aminokyselin v proteinoidech

Obsah aminokyselin v proteinoidech

Výchozí stav: 33 % aspartát, 17 % glutamát, po 3 % ostatní.


Vznik polypeptid

Vznik polypeptidů

  • Možnost urychlení pomocí kondenzačních agens, cyanamid, aminoimodazolecarboxamid (AICA), probíhá i při 65° C.

  • Hlavní problem: vznikají síťovité struktury, nikoli lineární polymery.

  • Možné řešení - povrchy


Vznik autoreplikace templ tem zen synt za polynukleotid

Vznik autoreplikace (templátem řízená syntéza polynukleotidů)

  • Naylor & Gilham, 1966 poly(dA) katalyzuje vznik poly(T)

  • Leslie Orgel poly(C)  poly(G)

  • Vliv iontů, například Pb2+, Zn2+, Mg2+.

  • Hlavní problém, katalýza byla zatím většinou jednosměrná.


Dal probl my s autoreplikac

Další problémy s autoreplikací

  • Obousměrně funguje jen s určitými modifikovanými oligonukleotidy (tetranukleoside trophosphoramidat 5´-GNHPCNHPGNHPC-3´), hexamerní templát a trimerní substráty (problém s velkým počtem trimerů).

  • Stabilita ribozy (poločas rozpadu stovky let při 0° C, pH 8)

  • Inhibice syntézy za přítomnosti obou enantiomerů


Jednodu analogy ribozy v polunukleotidov ch et zc ch

Jednodušší analogy ribozy v polunukleotidových řetězcích

  • Glycerol (nemá optické izomery, je stabilnější, více flexibilní), erythritol nukleosid

  • Nukleové kyseliny obsahující pouze purinové báze: Crick 1968 – adenin-hypoxanthin


St dium biologick evoluce

Stádium biologické evoluce

  • Začíná se vznikem replikace a přirozeného výběru.


Z kladn organiza n princip dne n ch organism

Základní organizační princip dnešních organismů

  • Oddělení uchovávání genetické informace od její realizace

  • Nukleová kyselina × proteiny

  • V počátcích toto oddělení nemuselo existovat, případně nemuselo být tak striktní.


Co bylo na po tku

Co bylo na počátku?

  • Proteiny (koacervátová teorie, mikrosféry)

  • Nukleová kyselina (genová teorie vzniku života, RNA svět)

  • Koevoluce DNA a proteinů od samého počátku

  • Něco úplně jiného (jíly, membrány)


Proteinov modely koacerv ty

Proteinové modely -koacerváty

  • A. I. Oparin, vznik dutých struktur oddělených od okolí semipermeabilní membránou v koloidních roztocích

  • Po dodání enzymů mohou vykazovat metabolismus i růst

  • Není vyřešeno zmnožování enzymů


Proteinov modely mikrosf ry

Proteinové modely - mikrosféry

  • Sidney W. Fox, vznikají rozpouštěním proteinoidů, z 1 g proteinoidu vznikne 1010 mikrosfér, průměr dosti uniformní okolo 5 μm. Často duté. Proteinoidy mají často nejrůznější enzymatické aktivity.

  • Morfologie mikrosfér neodlišitelná od mikrofosílií.


Proteinov proteinoidov modely hypercykly

Proteinové (proteinoidové) modely - hypercykly

  • Funkční, nikoli prostorové spřažení jednotlivých komponentů v jeden celek. Možnost kompetice mezi hypercykly. Problém parazitických hypercyklů – prostorová separace.


Sch ma hypercyklu

Schéma hypercyklu


Genov hypot za

Genová hypotéza

  • Primární je schopnost podléhat biologické evoluci, tj. schopnost kumulovat biologicky významnou informaci. Metabolismus a další projevy života (funkce proteinů) až druhotné.

  • Kompetice o nejúčinnější replikaci.


Hypot za rna sv ta

Hypotéza RNA světa

  • RNA jistě primitivnější než DNA, funkčně univerzálnější

  • Doklady koenzymy, ribozymy (ribosom)

  • RNA fáze ve vývoji dnešních organismů – eubakterie patrně druhotně ztratily mnohé ribozymy možná v průběhu života ve vysokých teplotách.


Koevolu n hypot za

Koevoluční hypotéza

  • Klíčový je vznik genetického kódu.

  • Je možný (a je vůbec nějak ulehčený) přechod od primitivních organismů k organismům využívajícím genetický kód?

  • Genetický kód se stane užitečným až při dosažení velké složitosti organismu - není pravděpodobné, že primitivní organismy mohly být takto složité.

  • Není jasné, jak se může kód vyvíjet aniž by docházelo ke znehodnocování již zapsané biologicky významné informace.


Vznik genetick ho k du

Vznik genetického kódu

  • Zmrzlá náhoda

  • Produkt rozumné bytosti

  • Předmět a produkt postupné evoluce


Genetick k d jako produkt zmrzl n hody

Genetický kód jako produkt zmrzlé náhody

  • I nejjednodušší proteosyntetický aparát fungující na základě současného genetického kódu vyžaduje účast řádově stovky specializovaných makromolekul. Vznik takovéhoto systému díky náhodě je zcela nepravděpodobný.


Genetick k d jako produkt rozumn bytosti

Genetický kód jako produkt rozumné bytosti

  • Kód se jeví jako předem rozvržený systém překladových pravidel (× evoluční fušeřina [tinkering]). Ale: bůh nebyl vyučený telegrafista…

  • Operativní genetický kód - nese mnoho znaků evoluční fušeřiny


Genetick k d jako produkt postupn evoluce

Genetický kód jako produkt postupné evoluce

  • Korelace některých vlastností aminokyselin s vlastnostmi jim příslušných kodónů (hydrofobicita –pyrimidin ve 2. pozici; velikost purin v 1. pozici- malá AA). Swanson 1984.

  • Podobné kodóny kódují aminokyseliny syntetizované stejnými biosyntetickými dráhami. Čtveřice příslušných tripletů pro sibling AA Cys‑Trp, Asn‑Lys a Ile‑Met se vždy liší v jedné pozici. Wong 1975.

  • Pozor – může se v obou případech jednat o obranu proti drastickým vlivům mutací a chyb v proteosyntéze. Swanson 1984


P m doklady pro mo nost evoluce genetick ho k du

Přímé doklady pro možnost evoluce genetického kódu

  • Modifikované genetické kódy u některých organismů a v organelách. UAA a UAG – glutamin u nálevníků, Acetabularia, Hexamita, UGG - tryptofan u mykoplasem, v mitochondriích obratlovců.

  • Mechanismy změn = vymizení některého ze synonymních tripletů ze všech genů, vymizení příslušné tRNA, znovuobjevení tripletu a vytvoření nové tRNA schopné daný triplet přečíst. Funguje u malých genomů.


Organismy zalo en na zcela odli n m principu

Organismy založené na zcela odlišném principu

  • A. Graham Cairns‑Smith a jeho hypotéza jílů. Schopnost kumulace informace (poruchy v pseudokrystalech), schopnost kompetice.

  • Genetic takeover and mineral origin of life. Cambridge Univ.Press, New York, 1982


Z v ry

Závěry:

  • Vznik chemických stavebních kamenů abiotickou cestou je relativně snadný.

  • Vznik biopolymerů je možný, máme i několik experimentálně ověřených modelů.

  • Vznik replikace je zatím nejslabším článkem řetězce – i zde se však rýsují možná řešení.

  • Jak to bylo skutečně asi nikdy nezjistíme, není to však hlavním cílem, stačí najít realistický scénář (či scénáře).


  • Login