az let eredet nek k s rleti eredm nyei
Download
Skip this Video
Download Presentation
Az élet eredetének kísérleti eredményei

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
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

slide2

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…

slide3

Mi az élet?

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

slide4

ÉLŐ

NEM ÉLŐ

slide5

ÉLŐ

NEM ÉLŐ

slide6

Hogyan kezdjünk a problémához?

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

Vírus

Egysejtű eukarióta

Prokariota

slide7

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).
slide8

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
slide9

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

slide10

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

slide11

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

  • Kísérletes megközelítés
  • Elméleti megközelítés

mai alkalom

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)

slide16

A Miller-Urey féle kísérletek kémiai háttere I.

Hidorgéncianid addíciós reakció:

slide18

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…

slide19

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.

slide21

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!)

slide22

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.

slide23

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.

slide24

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?

slide25

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?

slide26

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)?

slide28

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

slide29

Az Őspizza I.

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

slide30

Az Őspizza II.

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.

slide31

Az Őspizza III.

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!!!

slide32

Felülethez kötötten:

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

slide33

polimerizáció

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.

slide34

Összefoglalás

  • 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