vznik života

Download Vznik  života

Post on 20-Jan-2016

171 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

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. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

  • Vznik ivotavod do protobiologie

  • Dv etapy ve vvoji ivch systmChemick evoluceBiologick evoluce

  • Chemick evoluceAbiotick vznik chemickch stavebnch kamen (nukleotidy, aminokyseliny)Vznik makromolekulVznik replikace

  • Vznik stavebnch kamenRedukujc atmosfra, vodaNeredukujc atmosfra, vodaHydrosfra (podmosk sopky kuky)KosmosAtmosfraLitosfra (deep hot biosphere)

  • Redukujc atmosfra, vodaStanley L. Miller 1953 (methan, amonium, voda, vodk, elektina)

  • Miller 1974: CH4, NH3, H20, H2

  • Neredukujc atmosfra, vodaCO2, H2O, 40 MeV ionty helia AA, HCNCH4, NH3, H2O, tlakov vlna AACH4, NH3, H2O, 900-1200C AA (14 druh)formaldehyd, molybden, slunce AAformaldehyd, nitrty, Hg vbojka AACO2, N2, H2O, elektrick jiskry - AA

  • Transfer organickch ltek z kosmickho prostoruOr J. 1961 V neholav atmosfe velmi efektivn, bohat kompenzuje ni efektivnost syntzy organickch slouenin v neredukujcm prosted.V souasnosti 3.105 kg uhlkatch slouenin za rok, v dob bombardovn Zem mohly meteority a komety pinet asi 5.107 kg.Sloen mezihvzdnch oblak H2O, NH3, CO, CO2, CH3OH, CH4, H2CO, OCS a HCOOH, C=N-X

  • Vznik ivota u podmoskch kukmosk vodaMagma 1000CCO2, teploH2, CH4, NH3, H2S, CO, HCN Cukry, puriny, pyrimidiny Aminokyseliny, kondenz. ag. protoorganismypolymery mosk vodamosk vodamosk vodamosk voda

  • Vznik organickch ltek v atmosfeWoese C.R. 1979 Povrch pli hork, kapaln voda pouze v hornch vrstvch atmosfry. Syntza metanu z CO2 a H2 jako hlavn zdroj energie pro prvn organismy.Problmy: destrukce organickch ltek kyslkovmi radikly a UV zenm, sterilizace dky konveknm proudm i gravitaci.

  • Vznik ivota v litosfeThomas Gold The Deep Hot Biosphere, 1998Dky tlaku kapaln voda v litosfe, stabiln prosted, chrnn ped UV zenm.V souasnosti vtina biomasy v 10 km vrstv, na povrchu by vytvoila souvislou 1,5 m vysokou vrstvu.Praktick dopad teorie ropa.

  • Vznik makromolekul: polynukleotidyPolymerace monomernch nukleotid teplem v bezvodm prosted nebo psobenm kondenzanho agens (polyfosft, cyanamid). Spontnn polymerace pedem aktivovanch nukleotid (nap. imidazol aktivovanch nukleotid).

  • Vznik dinukleotidu z nukleotidu a 5 fosforimidazolidu

  • Vznik makromolekul: polynukleotidyPolymerace monomernch nukleotid teplem v bezvodm prosted nebo psobenm kondenzanho agens (polyfosft, cyanamid). Spontnn polymerace pedem aktivovanch nukleotid (nap. imidazol aktivovanch nukleotid).loha jl montmorillonit a dekanukleotidy.Primordiln polvka x primordiln lvanec (Pizza) jly nebo pyrit (kladn povrchov nboj).

  • Vznik makromolekul: polypeptidyKondenzace v bezvodm prosted (zahtm a odpaen roztoku aminokyseliny mus bt v kapalnm prosted lze toho doshnut pidnm snadno tavitelnch aminokyselin asparttu a glutamtu.Sidney Fox 33 % asparttu, 17 % glutamtu, 3 % ostatnch aminokyselin.

  • Obsah aminokyselin v proteinoidech

    Vchoz stav: 33 % aspartt, 17 % glutamt, po 3 % ostatn.

  • Vznik polypeptidMonost urychlen pomoc kondenzanch agens, cyanamid, aminoimodazolecarboxamid (AICA), probh i pi 65 C.Hlavn problem: vznikaj sovit struktury, nikoli linern polymery.Mon een - povrchy

  • Vznik autoreplikace (templtem zen syntza polynukleotid)Naylor & Gilham, 1966 poly(dA) katalyzuje vznik poly(T)Leslie Orgel poly(C) poly(G)Vliv iont, napklad Pb2+, Zn2+, Mg2+.Hlavn problm, katalza byla zatm vtinou jednosmrn.

  • Dal problmy s autoreplikacObousmrn funguje jen s uritmi modifikovanmi oligonukleotidy (tetranukleoside trophosphoramidat 5-GNHPCNHPGNHPC-3), hexamern templt a trimern substrty (problm s velkm potem trimer). Stabilita ribozy (poloas rozpadu stovky let pi 0 C, pH 8)Inhibice syntzy za ptomnosti obou enantiomer

  • Jednodu analogy ribozy v polunukleotidovch etzcchGlycerol (nem optick izomery, je stabilnj, vce flexibiln), erythritol nukleosidNukleov kyseliny obsahujc pouze purinov bze: Crick 1968 adenin-hypoxanthin

  • Stdium biologick evoluceZan se vznikem replikace a pirozenho vbru.

  • Zkladn organizan princip dnench organismOddlen uchovvn genetick informace od jej realizaceNukleov kyselina proteinyV potcch toto oddlen nemuselo existovat, ppadn nemuselo bt tak striktn.

  • Co bylo na potku?Proteiny (koacervtov teorie, mikrosfry)Nukleov kyselina (genov teorie vzniku ivota, RNA svt)Koevoluce DNA a protein od samho potkuNco pln jinho (jly, membrny)

  • Proteinov modely -koacervtyA. I. Oparin, vznik dutch struktur oddlench od okol semipermeabiln membrnou v koloidnch roztocchPo dodn enzym mohou vykazovat metabolismus i rstNen vyeeno zmnoovn enzym

  • Proteinov modely - mikrosfrySidney W. Fox, vznikaj rozpoutnm proteinoid, z 1 g proteinoidu vznikne 1010 mikrosfr, prmr dosti uniformn okolo 5 m. asto dut. Proteinoidy maj asto nejrznj enzymatick aktivity. Morfologie mikrosfr neodliiteln od mikrofosli.

  • Proteinov (proteinoidov) modely - hypercyklyFunkn, nikoli prostorov spaen jednotlivch komponent v jeden celek. Monost kompetice mezi hypercykly. Problm parazitickch hypercykl prostorov separace.

  • Schma hypercyklu

  • Genov hypotza Primrn je schopnost podlhat biologick evoluci, tj. schopnost kumulovat biologicky vznamnou informaci. Metabolismus a dal projevy ivota (funkce protein) a druhotn.Kompetice o nejinnj replikaci.

  • Hypotza RNA svtaRNA jist primitivnj ne DNA, funkn univerzlnjDoklady koenzymy, ribozymy (ribosom)RNA fze ve vvoji dnench organism eubakterie patrn druhotn ztratily mnoh ribozymy mon v prbhu ivota ve vysokch teplotch.

  • Koevolun hypotzaKlov je vznik genetickho kdu.Je mon (a je vbec njak ulehen) pechod od primitivnch organism k organismm vyuvajcm genetick kd?Genetick kd se stane uitenm a pi dosaen velk sloitosti organismu - nen pravdpodobn, e primitivn organismy mohly bt takto sloit.Nen jasn, jak se me kd vyvjet ani by dochzelo ke znehodnocovn ji zapsan biologicky vznamn informace.

  • Vznik genetickho kduZmrzl nhodaProdukt rozumn bytostiPedmt a produkt postupn evoluce

  • Genetick kd jako produkt zmrzl nhodyI nejjednodu proteosyntetick apart fungujc na zklad souasnho genetickho kdu vyaduje ast dov stovky specializovanch makromolekul. Vznik takovhoto systmu dky nhod je zcela nepravdpodobn.

  • Genetick kd jako produkt rozumn bytostiKd se jev jako pedem rozvren systm pekladovch pravidel ( evolun fueina [tinkering]). Ale: bh nebyl vyuen telegrafistaOperativn genetick kd - nese mnoho znak evolun fueiny

  • Genetick kd jako produkt postupn evoluceKorelace nkterch vlastnost aminokyselin s vlastnostmi jim pslunch kodn (hydrofobicita pyrimidin ve 2. pozici; velikost purin v 1. pozici - mal AA). Swanson 1984.Podobn kodny kduj aminokyseliny syntetizovan stejnmi biosyntetickmi drhami. tveice pslunch triplet pro sibling AA CysTrp, AsnLys a IleMet se vdy li v jedn pozici. Wong 1975.Pozor me se v obou ppadech jednat o obranu proti drastickm vlivm mutac a chyb v proteosyntze. Swanson 1984

  • Pm doklady pro monost evoluce genetickho kduModifikovan genetick kdy u nkterch organism a v organelch. UAA a UAG glutamin u nlevnk, Acetabularia, Hexamita, UGG - tryptofan u mykoplasem, v mitochondrich obratlovc.Mechanismy zmn = vymizen nkterho ze synonymnch triplet ze vech gen, vymizen pslun tRNA, znovuobjeven tripletu a vytvoen nov tRNA schopn dan triplet pest. Funguje u malch genom.

  • Organismy zaloen na zcela odlinm principuA. Graham CairnsSmith a jeho hypotza jl. Schopnost kumulace informace (poruchy v pseudokrystalech), schopnost kompetice.Genetic takeover and mineral origin of life. Cambridge Univ.Press, New York, 1982

  • Zvry:Vznik chemickch stavebnch kamen abiotickou cestou je relativn snadn.Vznik biopolymer je mon, mme i nkolik experimentln ovench model.Vznik replikace je zatm nejslabm lnkem etzce i zde se vak rsuj mon een.Jak to bylo skuten asi nikdy nezjistme, nen to vak hlavnm clem, sta najt realistick scn (i scne).