Pochodzenie i właściwości protobiontów



The protobionty są to kompleksy biologiczne, które zgodnie z pewnymi hipotezami związanymi z pochodzeniem życia poprzedzały komórki. Według Oparína są to agregaty molekularne otoczone półprzepuszczalną błoną lipidową lub strukturą podobną do tej..

Te biotyczne agregaty molekularne mogą przedstawiać prostą reprodukcję i metabolizm, które zdołały utrzymać skład chemiczny wnętrza membrany różny od środowiska zewnętrznego.

Niektóre eksperymenty przeprowadzone w laboratorium przez różnych badaczy wykazały, że protobionty mogą tworzyć się spontanicznie przy użyciu związków organicznych utworzonych z abiotycznych cząsteczek jako bloków strukturalnych..

Przykładami tych eksperymentów jest tworzenie liposomów, które są agregatami małych kropelek otoczonych błonami. Mogą one powstać, gdy lipidy są dodawane do wody. Występuje również, gdy dodawane są inne typy cząsteczek organicznych.

Mogę się zdarzyć, że kropelki podobne do liposomów powstały w stawach czasów prebiotycznych i te losowo włączyły niektóre polimery aminokwasowe.

W przypadku, gdy polimery spowodowały, że pewne cząsteczki organiczne byłyby przepuszczalne dla membrany, możliwe byłoby selektywne włączenie tych cząsteczek.

Indeks

  • 1 Właściwości i właściwości
    • 1.1 Membrany półprzepuszczalne
    • 1.2. Pobudliwość
  • 2 Pochodzenie
    • 2.1 Hipoteza Oparina i Haldana
    • 2.2 Eksperyment Millera i Ureya
  • 3 Materiał genetyczny protobiontów
    • 3.1 Świat RNA
    • 3.2 Wygląd DNA
  • 4 odniesienia

Właściwości i cechy

Przypuszczalne protobionty mogą być utworzone z hydrofobowych cząsteczek, które były zorganizowane w postaci dwuwarstwy (dwie warstwy) na powierzchni kropli, przypominając błony lipidowe obecne w obecnych komórkach.

Membrany półprzepuszczalne

Ponieważ struktura jest selektywnie przepuszczalna, liposom może pęcznieć lub opróżniać się w zależności od stężenia substancji rozpuszczonych w ośrodku.

Oznacza to, że jeśli liposom jest wystawiony na działanie środka hipotonicznego (stężenie wewnątrz komórki jest większe), woda wchodzi do struktury, pęczniejąc liposom. W przeciwieństwie do tego, jeśli medium jest hipertoniczne (stężenie komórki jest niższe), woda przemieszcza się do środowiska zewnętrznego.

Ta właściwość nie jest unikalna dla liposomów, może być również stosowana do obecnych komórek organizmu. Na przykład, jeśli czerwone krwinki są wystawione na działanie środka hipotonicznego, mogą eksplodować.

Podniecenie

Liposomy mogą magazynować energię w postaci potencjału błonowego, który składa się z napięcia na powierzchni. Struktura może rozładować napięcie w sposób przypominający proces zachodzący w komórkach neuronalnych układu nerwowego. 

Liposomy mają kilka cech organizmów żywych. Jednak to nie to samo, co twierdzenie, że liposomy żyją.

Pochodzenie

Istnieje duża różnorodność hipotez, które starają się wyjaśnić pochodzenie i ewolucję życia w środowisku prebiotycznym. Poniżej opiszemy najbardziej niezwykłe postulaty omawiające pochodzenie protobiontów:

Hipoteza Oparina i Haldane'a

Hipotezę dotyczącą ewolucji biochemicznej zaproponował Alexander Oparin w 1924 r. I John D. S. Haldane w 1928 r.

Postulat ten zakłada, że ​​w atmosferze prebiotycznej brakowało tlenu, ale silnie zmniejszał się, z dużymi ilościami wodoru, co doprowadziło do powstania związków organicznych dzięki obecności źródeł energii.

Zgodnie z tą hipotezą, gdy nastąpiło ochłodzenie ziemi, para erupcji wulkanicznych skondensowała się, wytrącając się jako silne i stałe deszcze. Kiedy woda opadła, ciągnęła sole mineralne i inne związki, dając początek słynnej pierwotnej zupie lub odżywczym bulionie.

W tym hipotetycznym środowisku mogą tworzyć się duże kompleksy molekularne zwane związkami prebiotycznymi, które powstały w coraz bardziej złożonych systemach komórkowych. Oparin nazwał te struktury protobiontami.

Gdy protobionty zwiększyły swoją złożoność, nabyły nowe zdolności do przekazywania informacji genetycznej, a Oparin nadał im nazwy bardziej zaawansowanych form..

Eksperyment Millera i Ureya

W 1953 roku, po postulatach Oparina, naukowcy Stanley L. Miller i Harold C. Urey opracowali serię eksperymentów w celu zweryfikowania powstawania związków organicznych z prostych materiałów nieorganicznych.

Millerowi i Ureyowi udało się stworzyć eksperymentalny projekt, który symulował środowiska prebiotyczne w warunkach zaproponowanych przez Oparina na małą skalę, uzyskując szereg związków, takich jak między innymi aminokwasy, kwasy tłuszczowe, kwas mrówkowy, mocznik..

Materiał genetyczny protobiontów

Świat RNA

Zgodnie z hipotezą obecnych biologów molekularnych protobionty niosą cząsteczki RNA zamiast cząsteczek DNA, co pozwala im na replikację i przechowywanie informacji.

Oprócz podstawowej roli w syntezie białek, RNA może również zachowywać się jak enzym i prowadzić reakcje katalizy. Z powodu tej cechy RNA jest wskazanym kandydatem na pierwszego materiału genetycznego w protobioncie.

Cząsteczki RNA zdolne do przeprowadzenia katalizy nazywane są rybozymami i mogą tworzyć kopie z komplementarnymi sekwencjami krótkich odcinków RNA i pośredniczyć w procesie łączenie, eliminując sekcje sekwencji.

Protobiont, w którym znajdowała się katalityczna cząsteczka RNA, różnił się od swoich odpowiedników pozbawionych tej cząsteczki.

W przypadku, gdyby protobionty mogły rosnąć, dzielić się i przekazywać RNA swoim potomkom, do tego systemu można zastosować naturalne procesy selekcji darwinowskiej, a protobionty z cząsteczkami RNA zwiększyłyby ich częstotliwość w populacji.

Chociaż pojawienie się tego protobionu może być bardzo mało prawdopodobne, należy pamiętać, że w ciałach wody pierwotnej ziemi mogły istnieć miliony protobiontów.

Wygląd DNA

DNA jest znacznie bardziej stabilną cząsteczką dwuniciową w porównaniu z cząsteczką RNA, która jest delikatna i replikuje się niedokładnie. Ta właściwość dokładności pod względem replikacji stała się bardziej konieczna, ponieważ zwiększyły się genomy protobiontów.

Na Uniwersytecie Princeton badacz Freeman Dyson proponuje, aby cząsteczki DNA były krótkimi strukturami, wspomaganymi w ich replikacji przez losowe polimery aminokwasowe o właściwościach katalitycznych.

Ta wczesna replikacja może wystąpić wewnątrz protobiontów, które przechowywały duże ilości monomerów organicznych.

Po pojawieniu się cząsteczki DNA, RNA może zacząć odgrywać swoje obecne role jako pośrednicy w tłumaczeniu, tworząc w ten sposób „świat DNA”.

Referencje

  1. Altstein, A. D. (2015). Hipoteza progenowa: świat nukleoprotein i jak zaczęło się życie. Biology Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G. i Byers, B. E. (2003). Biologia: Życie na Ziemi. Edukacja Pearson.
  3. Campbell, A. N. i Reece, J. B. (2005). Biologia. Od redakcji Panamericana Medical.
  4. Gama, M. (2007). Biologia 1: podejście konstruktywistyczne. Pearson Education.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T. F. i Szostak, J. W. (2010). Początki życia komórkowego. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, a002212.
  6. Stano, P. i Mavelli, F. (2015). Protokomórki w początkach życia i biologii syntetycznej. Życie, 5(4), 1700-1702.