Походження і властивості протобіонтів



The протобіонти це біологічні комплекси, які за деякими гіпотезами, пов'язаними з походженням життя, передували клітинам. Згідно з Опаріном, це молекулярні агрегати, оточені напівпроникною ліпідною мембраною або структурою, подібною до цієї..

Ці біотичні молекулярні агрегати можуть представляти собою просте розмноження і метаболізм, які здатні підтримувати хімічний склад внутрішньої частини мембрани, відмінний від зовнішнього середовища..

Деякі досліди, проведені в лабораторії різними дослідниками, показали, що протобіонти можуть формуватися спонтанно, використовуючи органічні сполуки, створені з абіотичних молекул як структурні блоки..

Прикладами цих експериментів є утворення ліпосом, які є агрегатами малих крапель, оточених мембранами. Вони можуть утворюватися, коли ліпіди додаються до води. Це також відбувається, коли додаються інші типи органічних молекул.

Я можу трапитися, що ліпосом-подібні крапельки утворюються в ставках пребіотичних часів і ці випадково включені деякі амінокислотні полімери.

У разі, якщо полімери роблять певні органічні молекули, проникні для мембрани, можна було б включити зазначені молекули вибірково.

Індекс

  • 1 Властивості та характеристики
    • 1.1 Напівпроникні мембрани
    • 1.2 Збудливість
  • 2 Походження
    • 2.1 Гіпотеза Опаріна і Халдейна
    • 2.2 Експеримент Міллера та Юрі
  • 3 Генетичний матеріал протобіонтів
    • 3.1 Світ РНК
    • 3.2 Зовнішній вигляд ДНК
  • 4 Посилання

Властивості та характеристики

Передбачувані протобіонти могли бути утворені з гідрофобних молекул, які були організовані у вигляді бішару (двох шарів) на поверхні краплі, що нагадує ліпідні мембрани, присутні в поточних клітинах..

Напівпроникні мембрани

Оскільки структура є селективно проникною, ліпосома може набухати або здуватися в залежності від концентрації розчинених речовин у середовищі.

Тобто, якщо ліпосома піддається впливу гіпотонічної середовища (концентрація всередині клітини більше), вода надходить у структуру, набухаючи ліпосому. Навпаки, якщо середовище є гіпертонічним (концентрація клітини нижче), вода переміщується у зовнішнє середовище.

Ця властивість не є унікальною для ліпосом, вона також може бути застосована до поточних клітин організму. Наприклад, якщо червоні кров'яні клітини піддаються впливу гіпотонічного середовища, вони можуть вибухнути.

Збудливість

Ліпосоми можуть зберігати енергію у вигляді мембранного потенціалу, який складається з напруги на поверхні. Структура може розряджати напругу способом, що нагадує процес, що відбувається в нейрональних клітинах нервової системи. 

Ліпосоми мають кілька характеристик живих організмів. Однак це не те саме, що кажуть, що ліпосоми живі.

Походження

Існує велика різноманітність гіпотез, які намагаються пояснити походження і еволюцію життя в пребіотичному середовищі. Нижче ми опишемо найбільш видатні постулати, які обговорюють походження протобіонтів:

Гіпотеза Опаріна і Халдейн

Гіпотеза про біохімічну еволюцію була запропонована Олександром Опаріним в 1924 р., А Джон Д. С. Халдене в 1928 р..

Цей постулат припускає, що в пребіотичній атмосфері бракує кисню, але сильно знижується, при цьому великі кількості водню призводять до утворення органічних сполук завдяки наявності джерел енергії..

Згідно з цією гіпотезою, як відбувалося охолодження землі, пари вулканічних вивержень конденсувалися, осідаючи як сильні і постійні дощі. Коли вода впала, вона тягнула мінеральні солі та інші сполуки, породжуючи знаменитий первинний суп або поживний бульйон..

У цьому гіпотетичному середовищі можуть утворитися великі молекулярні комплекси, які називаються пребіотичними сполуками, що виникли все більш складними клітинними системами. Опарин назвав ці структури протобионтами.

Коли протобіонти збільшили свою складність, вони придбали нові можливості для передачі генетичної інформації, і Опарін дав ім'я eubiontes цим більш розвиненим формам..

Експеримент Міллера і Юрі

У 1953 році, після постулатів Опаріна, дослідники Стенлі Л. Міллер і Гарольд К. Юрі розробили серію експериментів для перевірки утворення органічних сполук з простих неорганічних матеріалів..

Міллер і Урі зуміли створити експериментальну конструкцію, яка моделювала пребіотичні середовища з умовами, запропонованими Опаріном у малому масштабі, отримуючи, крім іншого, ряд сполук, таких як амінокислоти, жирні кислоти, мурашина кислота, сечовина..

Генетичний матеріал протобіонтів

Світ РНК

Згідно з гіпотезою сучасних молекулярних біологів, протобіонти несли молекули РНК, а не молекули ДНК, що дозволило їм відтворювати та зберігати інформацію..

На додаток до основної ролі в синтезі білка, РНК може також вести себе як фермент і проводити реакції каталізу. Завдяки цій характеристиці РНК є зазначеним кандидатом, який є першим генетичним матеріалом у протобіонтах.

Молекули РНК, здатні проводити каталіз, називаються рибозимами і можуть робити копії з комплементарними послідовностями коротких ділянок РНК і опосередковувати процес сплайсингу, усунення розділів послідовності.

Протобіонт, що має молекулярну РНК-молекулу, змінювався від його аналогів, які не мали цієї молекули.

У випадку, якщо протобіонти можуть рости, розділяти і передавати РНК до свого потомства, до цієї системи можуть бути застосовані процеси дарвінівського природного відбору, а протобіонти з молекулами РНК збільшать свою частоту в популяції..

Хоча поява цього протобіону може бути дуже малоймовірним, необхідно пам'ятати, що в водоймах примітивної землі могли існувати мільйони протобіонтів..

Поява ДНК

ДНК є набагато більш стійкою дволанцюжкової молекулою, порівняно з молекулою РНК, яка є крихкою і неточно реагує. Це властивість точності в термінах реплікації стало більш необхідним, оскільки геноми протобионтов збільшувалися в розмірах.

У Прінстонському університеті дослідник Фріман Дайсон вважає, що молекули ДНК можуть бути короткими структурами, що сприяють їх реплікації випадковими амінокислотними полімерами з каталітичними властивостями..

Ця рання реплікація може відбуватися в протобіонтах, що зберігали велику кількість органічних мономерів.

Після появи молекули ДНК РНК може почати відтворювати свої поточні ролі в якості посередників перекладу, створюючи тим самим «світ ДНК».

Список літератури

  1. Altstein, A. D. (2015). Прогнозна гіпотеза: нуклеопротеїдний світ і як почалося життя. Біологія Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Біологія: Життя на Землі. Освіта Пірсона.
  3. Campbell, A.N. & Reece, J. B. (2005). Біологія. Редакція Panamericana Medical.
  4. Гама, М. (2007). Біологія 1: Конструктивістський підхід. Освіта Пірсона.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T.F., & Szostak, J.W. (2010). Витоки клітинного життя. Перспективи Cold Spring Harbor в біології, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Моделі протоклеток у виникненні життя та синтетичної біології. Життя, 5(4), 1700-1702.