Az let eredet nek k s rleti eredm nyei
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 34

Az élet eredetének kísérleti eredményei PowerPoint PPT Presentation


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

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?

Download Presentation

Az élet eredetének kísérleti eredményei

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 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 élet építőelemeiA monomerek és makromolekulák szintézise


A monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise


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:


A Miller-Urey féle kísérletek kémiai háttere I.

Formóz 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 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.


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.

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.

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.

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:

A+B=C+D

Mozgási szabadsági fokok:

2223

A rendezetlenség mértéke (entrópia) nő!

Az Őspizza IV.

Elősegíti a vízkilépésel járó biokémiai (kondenzációs) reakciókat.

Oldatban:

A+B=C+D

Mozgási szabadsági fokok:

3333


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.


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.


  • Login