Az let eredet nek k s rleti eredm nyei
Download
1 / 34

Az élet eredetének kísérleti eredményei - PowerPoint PPT Presentation


  • 56 Views
  • Uploaded on

Az élet eredetének kísérleti eredményei. Könnyű Balázs Ph.D hallgató 1 ELTE , Biológiai Intézet, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék. Hogyan jelent meg az ember? Hogyan jelentek meg az élőlények?

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Az élet eredetének kísérleti eredményei' - zlhna


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
Az let eredet nek k s rleti eredm nyei

Az élet eredetének kísérleti eredményei

Könnyű Balázs

Ph.D hallgató

1ELTE, Biológiai Intézet,Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék


Hogyan jelent meg az ember?

Hogyan jelentek meg az élőlények?

Teremtették a csillagokat, a bolygókat, az életet vagy természeti törvények hozták létre őket?

És egyébként…


Mi az élet?

El tudjuk-e dönteni minden objektumról egyértelműen, hogy él-e?


ÉLŐ

NEM ÉLŐ


ÉLŐ

NEM ÉLŐ


Hogyan kezdjünk a problémához?

- keressük meg az élet legegyszerűbb formáit és próbáljuk kitalálni mi a közös bennük!

Vírus

Egysejtű eukarióta

Prokariota


Élet kritériumok I.

  • Reális (abszolút) életkritériumok (minden élőlényre igaz):

  • Inherens (belső lényegből fakadó) egység: „az egység (…) elemeinek nem egyszerű uniója, hanem új egység, amely (…) új minőségi tulajdonságaokat hordoz”.

  • Anyagcsere: anyag és E lép a rendszerbe, ott átalakul majd a hulladék anyagok elhagyják a rendszert.

  • Stabilitás: a rendszer belső folyamatainak olyan speciális szerveződési módja, amely lehetővé teszi a rendszer folyamatos működését és a külső környezet változásainak ellenére is állandó marad (~homeosztázis).

  • Információhordozó alrendszer: a teljes rendszer felépítéséről

  • Szabályozottság és vezéreltség: a folyamatok szabályozottak (vö. enzimek) de bizonyos folyamatok vezéreltek (vö. egyedfejlődés).


Élet kritériumok II.

Potenciális (lehetséges) életkritériumok (nem minden élő egységre igaz, de az evolúcióhoz nélkülözhetetlen):

  • Növekedés és szaporodás*: egysejtűeknél a szaporodás egy része a növekedés de többsejtűeknél a szaporodás a növekedés közvettet módon kapcsolódnak.

  • Öröklődőváltozatosság*: az egyedet felépítő információ nem pontosoan adódik át az utódba.

  • Halandóság: biogeokémiai ciklusok.

  • * ez evolúció egysége


Az élő (sejt) minimál modellje

Gánti Tibor : Az élet principiuma. 1978.,Gondolat, Budapest

Ai: anyagcsere alrendszer

(autokatalitikus)

pV: információ-tároló alrendszer (vö.: DNS)

(autokatalitikus)

Tm: határoló (membrán) alrendszer

(autokatalitikus)

Autokatalizis:

A + B = 2A + C


INFRABIOLÓGIA

Anyagcsere (A)

Ősleves

Őspizza

Membrán (T)

Információ tároló (replicator) (pV)

Hyperciklus

AT

Lipid Világ

pVA

RNS Világ

pVT

SCM

pVTA

Az első élő sejt

Szathmáry E. alapján, 2007


A minimál modellhez hasonló objektumés az azt felépítő anyagokat létrejöttét kétféle módon vizsgálhatjuk:

  • Kísérletes megközelítés

  • Elméleti megközelítés

mai alkalom


Az let p t elemei a monomerek s makromolekul k szint zise

Az élet építőelemeiA monomerek és makromolekulák szintézise



Miller urey k s rlet
Miller-Urey kísérlet

  • Metán (CH4)

  • Ammónia (NH3)

  • Hidrogén (H2)

  • Víz (H2O)

  • Elektromos kisülés

Eredmény: cukor, aminosav, N-tartalmú heterociklusos vegyületek

(mindaz ami megtalálható az élő sejtben)


A Miller-Urey féle kísérletek kémiai háttere I.

Hidorgéncianid addíciós reakció:



Ősleves elmélet

Miller kísérletei és hasonló kísérletek alapján született meg az elképzelés:

  • Az ősi Föld légköre kezdetbe redukáló gázelegyből állt (metán, ammónia stb.)

  • A gázelegy elemei villámlások által reakcióba lépetek egymással

  • Az ősóceánba oldódtak és még változatosabb biológiailag fontos molekulák jöttek létre, amelyek közül egyesek képesek autokatalitikus módon gyarapodni (vö. formoz reakció)

  • A változatos biomolekulákból létrejött önszerveződéssel az első sejt

Szép, de vannak problémák…


Az Ősleves problémai I.

Még ha ki is alakulnak komplex reakció-hálózatok, amelyek előállítanak minden szükséges molekulát, enzimek hiányában az oldal reakciók „megölik” a rendszert.


Az let p t k vei a monomerek s makromolekul k prebiotikus szint zise
Az élet építőköveiA monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise


Az Ősleves problémai II.

Az őslégkör korentsem biztos, hogy redukáló volt, azaz nem biztos, hogy csak metán és ammónia volt benne.

Bizonyíték: ősi kőzetekben találtak eloxidálódott vasat, ami az őslégkör semlegességére ill. enyhén oxidatív jellegére utal.

Abban mindenki egyetért hogy a mai 21 V/V% O2 biológiai eredetű, de abiotikus folyamatok révén megjelenhetett 1-2 V/V% O2 (az anaerob baktériumokat nem gátolja!)


Az Ősleves problémai II.

Új kísérlet: Miller-féle kísérletek megismétlése semleges v. oxidatív gázeleggyel (N2, H2O és CO/CO2). A CO2 gátolja a HCN képződést!

Eredmény: az eredeti kísérlethez hasonlóan sokféle biomolekula.


Az Ősleves problémai III.

Az ősleves túlságosan híg oldat, kevés molekulát tartamazhatott.

A biomolekulák származhatnak meteoritokból és üstökösökből is, amelyek a Földre érkeztek kb. 4 milliárd évvel ezelőtt. A csillagközi porban találtak szerves molekulákat!

(???Panspermia???)

Kiszáradó lagúnákban lokális koncentráció növekedés.


E +F

G +H

A +B

C +D

pH<7

pH>7

pl.: membrán alkotó és cukrok

pl.: aminosavak

Az Ősleves problémai IV.

Sok fontos biomolekula nem szintetizálódik meg azonos körülmények között.

Hogyan lehetne azt a két merőben különböző környezetet „egyesíteni”, hiszen mind a C + D mind a G + H szükséges építőelem?


Az Ősleves problémai V.

Miller-féle kísérletekben mind L-, mind D-formájú aminosavak és cukrok létrejönnek, amelyek egymás polimerizációját keresztbe gátolják.

Ma viszont az összes élőlényben (kevés kivételtől eltekintve) csak L-aminosavak és D-cukrok vannak jelen (stereospecifitás).

Hogyan tűnt el az egyik fajta forma teljesen?


Peptid kötés

H

H

O

H

O

H

H

H

H

O

O

H

N

C

C

+

N

C

C

N

C

C

N

+

C

C

O

H

O

H

OH

H

H

H

OH

H

H

C

H

H

C

H

GLICIN

H

H

H

H

ALANIN

glicin

alanin

Az Ősleves problémai VI.

Számos biokémiai reakció valójában kondenzáció, azaz vízkilépéssel járó kémia reakció.

Hogyan képződhet végtermék-gátlás nélkül polipeptid (fehérje) vagy polinukleotid (RNS, DNS)?



A fenti kémiai problémák miatt el kell vetnünk az ősleves elméletet.

Új elmélet:

Őspizza

a molekulák a pozitív töltésű pirit felszínhez kötődnek és magas hőmérsékleten (~250°C) valamint nagy nyomáson (~200MPa) szerves molekulák képződnek szervetlenekből kémiai energia segítségével (kemoautrófia):

Energia forrás:

FeS + H2S = FeS2 +H2

Szénforrás: CO vagy CO2


Az Őspizza I. ősleves elméletet.

Bizonyíték: a mai biomolekulák többsége negatív töltésű kémiai csoportokat hordoz (pl.: foszfát, karbonát)

a formóz reakció működik cukor foszfátokkal a felszínen, neutrális pH-n (az eredeti erősen lúgos közegben működött csak!).

a felszínen a gyenge elektrosztatikus kötés miatt a molekulák vándorolhatnak

a felület-kötött molekulák közötti reakciók kevésbé terheltek az ősleves problémáival


Az Őspizza II. ősleves elméletet.

A felületnek erőteljes katalizáló hatása van (vö.: szervetlen katalizátorok, enzimek)!

  • Katalizátor (gyors reakciók)

  • Specifikus (kevés mellékreakció)

  • Stereospecifikus

  • Az enzimek ma leginkább fehérjék.

A felület kötött szubsztrátok lokális koncentráció növekedés miatt megnő az ütközések száma, ami a kémiai reakciók gyakoribb lefolyásához vezet.


Az Őspizza III. ősleves elméletet.

A felület képes kiválogatni a L- ill. D-formájú molekula párok közül az egyiket.

Kalcium karbonát kristályon több különböző felületi struktúrát azonosítottak, amelyek a racém elegy különböző komponenseit különböző képen kötik.

Az eantiomerek különböző számú -OH csoporttal kötődnek a felszínhez, így a sebességük a felszínen különböző.

Nincs még igazán jó magyarázat a homokiralitásra!!!


Felülethez kötötten: ősleves elméletet.

A + B = C + D

Mozgási szabadsági fokok:

2 2 2 3

A rendezetlenség mértéke (entrópia) nő!

Az Őspizza IV.

Elősegíti a vízkilépésel járó biokémiai (kondenzációs) reakciókat.

Oldatban:

A + B = C + D

Mozgási szabadsági fokok:

3 3 3 3


polimerizáció ősleves elméletet.

hidrolízis

Az Őspizza V.

Agyagásvány felszínen nukleotidok is és aminosavak is könnyebben polimerizálódnak (kb. 50 tagú polimerekig). Sőt a nukleotidok a 3’-5’ kapcsolódást is jobban preferálják a felszínen mint oldatban ahol gyakoribb a 2’-5’ kapcsolódás.


Összefoglalás ősleves elméletet.

  • Ősleves elmélet

  • sokféle biomolekula

  • kémiailag nehezen elképzelhető

  • Őspizza elmélet

  • kevesebb fajta biomolekula

  • kémiailag realisztikusabb

Őspalacsinta elmélet

Sokféle molekula képződött az őslégkör-ősleves rendszerben, amelyek aztán felülethez kötődtek és bonyolult biomolekulákká (DNS, RNS, fehérje stb.) alakultak.


ad