1 / 48

Az élet keletkezése

Az élet keletkezése. Dr. Kun Ádám, Ph.D. t udom ányos főmunkatárs okleveles biológus, okleveles vegyész. ELTE, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék. A megfejtetlen rejtély: az élet keletkezése. Tudjuk, hogy van élet

xiu
Download Presentation

Az élet keletkezése

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. Az élet keletkezése Dr. Kun Ádám, Ph.D. tudományos főmunkatárs okleveles biológus, okleveles vegyész ELTE, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék

  2. A megfejtetlen rejtély: az élet keletkezése • Tudjuk, hogy van élet • Ha találunk egy utat, akkor sem lehetünk biztosak benne, hogy azt az utat járta be az Élet

  3. Makromolekula Funkció szerzés Protosejtté integrálás Út az élethez – Az összetettség növekedése Monomer

  4. Kódolja Kompartmentalizál ReplikálMonomert állít elő Monomertállít elő Funkció szerzés Anyagcsere Enzim Indormáció hordozótemplát Membrán

  5. A monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise

  6. Molekuláktól az első sejtig • Aminosavak – Fehérjék – Enzimek • Nukleotidok – DNS/RNS – Genetika alapjai • Lipidek – Membárnok – Felszínek • RNS Világ • Információ replikáció - Eigen Paradoxona • Az élet kódja: Transzláció A genetikai kód eredete • Az utolsó közös ős - Az első protosejt

  7. Aminosavak – Fehérjék - Enzimek

  8. Aminosavak

  9. Prebiotikus szintézis • Kiindulási anyagok elérhetőek prebiotikus körülmények között • A szintézis útja elképzelhető prebiotikus körülmények között

  10. Miller-Urey kísérlet • Metán (CH4) • Ammónia (NH3) • Hidrogén (H2) • Víz (H2O) • Elektromos kisülés Aminosavak (glicin, szarkozin, alanin)

  11. Makromolekulák: Fehérjék • Prebiotikus körülmények között nem állnak össze.

  12. Nukleotidok – DNS/RNS – Genetika alapjai

  13. Nukleotid = nukleobázis + ribóz + foszfát DNS/RNS alkotó elemei Nukleotidok AMP UMP dTMP CMP GMP

  14. Formóz reakció

  15. Nukleobázisok Purin bázisok Pirimidin bázisok Citozin Uracil Timin Adenin Guanin

  16. Cianid polimerizáció

  17. Genetika kémiai alapjai: Bázispárok • A C-G és a A-U(T) bázispárok hidrogéngidakkal kapcsolódnak • Minden esetben egy nagyobb térigényű bázis (G v. A) van szemben egy kisebb térigényű bázissal (C v. U/T) • DNS / RNS kettősspirál

  18. Makromolekulák: Oligonukleotidok • 40-50 tagú oligomerek montmorillonit agyag felszíneken előállnak • Montmorillonit vulkanikus hamuból keletkezik

  19. Lipidek – Membárnok - Felszínek

  20. Lipidek • Glicerin + zsírsavak + foszfátcsoport • Hidrofil fej és hidrofób farok • Telített vagy telítetlen zsírsavak • Prebiotikus körülmények között a hosszú egyenes zsírsavak keletkezése nehézkes.

  21. Membrán kialakulás A micellák és membránok autokatalitikusan kialakulnak Ön-összeszerelődés (self-asembly)

  22. Felületek • A felületek előnyösek termodinamikailag • Katalitikus aktivitásuk lehet • Az ásványi felszínek védhetnek az UV sugárzástól • Az ásványi felszínek elősegíthetik a homokiralitást • „Szegény ember” kompartmentalizációja

  23. Kompartmentalizáció • A lipid membrán fontos, mert így elérhető, hogy a belső és a külső környezet eltérjen: • Fontos anyagok benntartása (aminosavak, ATP) • H+ grádiens • pH, sókoncentráció • Transzport szükséges!

  24. Az élet építőköveiA monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise

  25. Az RNSVilág

  26. Kódolja ReplikálMonomert állít elő A DNS / fehérje világ előtt… Ma élő élőlényekben • Az információDNS-ben tárolódik • Fehérjék az enzimek Fehérje DNS

  27. Replikálódik, hogy enzimet kapjunk RNS RNS Reakciókat katalizál, monomert állít elő … egy RNS világ volt RNS enzimként is működhet és információt is tárolhat! DNSstabilabb és a fehérjék jobb enzimek

  28. RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában I Természetes RNS enzimek (ribozim) Mindegyik RNS hasítást katalizál • I. Csoportbeli intronok • II. Csoportbeli intronok • RNáz P • Kalapácsfej • Hajtűhurok • Hepatitis Delta Vírus • Neurospora Varkund Satelite RNA Joyce, G. (2002) Nature 418:214-221 alapján

  29. ATP RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában II: Koenzimek NADP FAD • Koenzimek: valamilyen specifikus kémiai csoport átadásában résztvevő metabolitok (rengeteg reakcióban) • Acetyl koenzim A (koenzim A): acetyl csoport • NADH, FADH2 (NAD+, FAD): hidrogén és elektron • ATP (ADP): nagyenergiájú foszfát CoA NAD

  30. RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában III • Dezoxi-ribonukleotidok ribonukleotidokból keletkeznek (de ezt valószínűleg ribozimek nem tudják katalizálni). • Riboswitches: Génreguláció vélhetően legősibb formája. Az mRNS térszerkezete határozza meg, hogy lefordítódik fehérjévé.

  31. RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában IV: Transzláció • mRNS • tRNS • riboszóma A DNS  fehérje „átmentet” (transzláció) RNS közvetítésével történik Riboszómában a peptidil transzfert egy ribozim végzi!

  32. RNS világ lehetőségei: • RNS szintézis: Nukleotid képzés pirimidinből és aktivált ribózból; Polinukleotidok 5’ foszforilációja; 5’ foszfát aktiválása 5’,5’ pirofoszfát kötött nukleotid kapcsolással; Ligáz aktivitás; • Legjobb szintetáz kb. 200 bázis hosszú és 14 nuklotidot tud egy templát alapján hozzákapcsolni egy oligonukleotid lánchoz 97.5%-os másolási hűséggel. • Protein szintézis: Minden lépés megoldható. Aminosavak aktiválása (sokféle aminoaciláció); Peptid kötés kialakítás (peptidil transzfer) • Membrán transzfer • Redoxi reakciók(NAD függő alkohol dehidrogenáz) • Egyéb reakciók(amid kötés bontás, alkiláció, porfirin metiláció, kén alkiláció, Diels-Alder cikloaddíció, amid kötés kialakítás, hidas bifenil izomeráció)

  33. Információ replikációEigen Paradoxona

  34. Információ replikáció • A replikáció nem hibátlan (főleg nem replikáz és javító mechanizmusok nélkül) • A másolás pontossága korlátozza a fenntartható információ hosszát. • Mekkora információ (milyen hosszú RNS szál) tartható meg adott másolási pontosság mellett?

  35. „Replikáció” egy példája RNA RNA RNA RNA RNA RGA RNA RNA RNA RNX RNA RNA RNH DNM RNA RNA RNA RQA RNA RNJ RPA WORLD WORLF WORLD WORLL IDRYD WORLD WORLD KORLD WORLD WORLD WORLD WERLD WORUD WORLD WORHD WORLD WORLD WORWD WORLD WORLD WRRLD HYPOTHESIS EYPKTHYSII HYPEXHESIS HYPOTHESIS HYPOTHESIS HYPETHESKS HYYOTHESIS HYPOTHESIS HYPOTHESIS HYPOTHESIS HYPOTHESIS HYPOTHESIS HYPOSHESIS HYPOTMESIS HTPOTHESIS CYPOTGESIS HYPOTHEGIA HYPOXHLSIS HYPXTHESIS HYPOTHESIS HYPUTHESIS

  36. Eigen Pradoxona és a hibaküszöb Nincs enzim nagy genom nélkül, és nincs nagy genom enzim nélkül N hossz lnsa mesterkópia szelekciós fölényeq másolási pontosság Swetina és Schuster 1998 alapján

  37. A szekvenciát kellmegtartani Mutáns: rátermettség 0 Structure has tobe maintained RNS RNS Mutáns: AUCGUCUGUCGGCGAU Azonos rátermettség Szekvencia vs. Szerkezet Átíródik DNS fehérje GCATGACTCATATGC ATCGTCTGTCGGCGAT GCAUGACUCAUUAUGC

  38. RNSszerkezet • Az enzimaktivitás a szerkezettől függ • A ribozim fenotípusa a szerkezete • Kevesebb szerkezet van, mint szekvencia • Egy kevés mutáció általában nem változtatja meg a szerkezetet • Szerkezet könnyebben fenntartható, mint a szekvencia. (fenotipikus hibaköszöb)

  39. 1D-2D-3D szerkezet AAACAGAGAAGUCAACCAGAGAAACACACGUUGUGGUAUAUUACCUGGUA

  40. Az élet kódja: TranszlációA genetikai kód eredete

  41. Transzláció eredete • Fehérjék jobb katalizátorok(4 kémiailag hasonló bázis vs. 20 kémiailag sokféle aminosav) • Mivel az RNS központi szerepet játszik a transzlációban, így valószínűleg az RNS világban „találták fel”

  42. Kódtábla

  43. Néhány tény a genetikai kódról • Közel univerzális • Redundáns • Miért triplet? • A triplet optimális a reverzibilis kapcsolódáshoz • Miért 20 aminosav? • Az enzim sokféleség növekszik a több aminosavval, de a mutációs robusztusság csökken. • A kód optimálizált mutációs robosztusságra

  44. Az utolsó univerzális közös ős

  45. evolúció Protosejt • Replikáció • Komplex anyagcsere • Membrán / Kompartmentalizáció ?

  46. Az utolsó univerzális közös ős • mRNS proofreading és javítás minden élőlényben azonos. A transzláció és a transzkripció is. • DNS proofreading és javítás nem! • LUCA-nak RNS genomja volt! • Fehérjeszintézissel a minimális genomméret körülbelül 15000 bp • Egy ribo-organismus minimális genomja kb. 7000bp; 50-100 génnel

  47. Oligo-nukleotidokásványi felszínen nukleotidok A megfejtetlen rejtély RNS ribozimok

  48. Kódolja replikáljamonomert állít elő monomertállít elő A megfejtetlen rejtély fehérje DNS RNS Membrán

More Related