Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az élet eredetének kísérleti eredményei Könnyű Balázs Ph.D hallgató 1 ELTE, Biológiai Intézet, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Az élet eredetének kísérleti eredményei Könnyű Balázs Ph.D hallgató 1 ELTE, Biológiai Intézet, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék."— Előadás másolata:

1 Az élet eredetének kísérleti eredményei Könnyű Balázs Ph.D hallgató 1 ELTE, Biológiai Intézet, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék

2 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…

3 Mi az élet? El tudjuk-e dönteni minden objektumról egyértelműen, hogy él-e?

4 ÉLŐ NEM ÉLŐ

5 ÉLŐNEM ÉLŐ

6 Egysejtű eukarióta Vírus Prokariota Hogyan kezdjünk a problémához? - keressük meg az élet legegyszerűbb formáit és próbáljuk kitalálni mi a közös bennük!

7 Élet kritériumok I. Reális (abszolút) életkritériumok (minden élőlényre igaz): 1.Inherens (belső lényegből fakadó) egység: „az egység (…) elemeinek nem egyszerű uniója, hanem új egység, amely (…) új minőségi tulajdonságaokat hordoz”. 2.Anyagcsere: anyag és E lép a rendszerbe, ott átalakul majd a hulladék anyagok elhagyják a rendszert. 3.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). 4.Információhordozó alrendszer: a teljes rendszer felépítéséről 5.Szabályozottság és vezéreltség: a folyamatok szabályozottak (vö. enzimek) de bizonyos folyamatok vezéreltek (vö. egyedfejlődés).

8 Élet kritériumok II. 1.Növekedés és szaporodás*: egysejtűeknél a szaporodás egy része a növekedés de többsejtűeknél a szaporodás a növekedés közvettet módon kapcsolódnak. 2.Öröklődő változatosság*: az egyedet felépítő információ nem pontosoan adódik át az utódba. 3. Halandóság: biogeokémiai ciklusok. * ez evolúció egysége Potenciális (lehetséges) életkritériumok (nem minden élő egységre igaz, de az evolúcióhoz nélkülözhetetlen):

9 Az élő (sejt) minimál modellje Gánti Tibor : Az élet principiuma ,Gondolat, Budapest A i : anyagcsere alrendszer (autokatalitikus) pV: információ-tároló alrendszer (vö.: DNS) (autokatalitikus) T m : határoló (membrán) alrendszer (autokatalitikus) Autokatalizis: A + B = 2A + C

10 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

11 A minimál modellhez hasonló objektum és az azt felépítő anyagokat létrejöttét kétféle módon vizsgálhatjuk: Kísérletes megközelítés Elméleti megközelítés mai alkalom

12 Az élet építőelemei A monomerek és makromolekulák szintézise

13 A monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise FunkcióMonomerMakromolekula katalizátor (enzim) aminosavfehérje információ hordozó nukleotid (bázis, cukor) DNS / RNS membránzsírsavakmicella, lipid vezikulum

14 Miller-Urey kísérlet Metán (CH 4 ) Ammónia (NH 3 ) Hidrogén (H 2 ) Víz (H 2 O) Elektromos kisülés Eredmény: cukor, aminosav, N-tartalmú heterociklusos vegyületek (mindaz ami megtalálható az élő sejtben)

15

16 A Miller-Urey féle kísérletek kémiai háttere I. Hidorgéncianid addíciós reakció:

17 A Miller-Urey féle kísérletek kémiai háttere I. Formóz reakció:

18 Ősleves elmélet 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… Miller kísérletei és hasonló kísérletek alapján született meg az elképzelés:

19 Még ha ki is alakulnak komplex reakció-hálózatok, amelyek előállítanak minden szükséges molekulát, enzimek hiányában az oldal reakciók „megölik” a rendszert. Az Ősleves problémai I.

20 Az élet építőkövei A monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise FunkcióMonomerMakromolekula katalizátor (enzim) aminosavfehérje ? információ hordozó nukleotid (bázis, cukor) DNS / RNS ? membránzsírsavak ? micella, lipid vezikulum

21 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% O 2 biológiai eredetű, de abiotikus folyamatok révén megjelenhetett 1-2 V/V% O 2 (az anaerob baktériumokat nem gátolja!)

22 Új kísérlet: Miller-féle kísérletek megismétlése semleges v. oxidatív gázeleggyel (N 2, H 2 O és CO/CO 2 ). A CO 2 gátolja a HCN képződést! Eredmény: az eredeti kísérlethez hasonlóan sokféle biomolekula. Az Ősleves problémai II.

23 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! Az Ősleves problémai III. Kiszáradó lagúnákban lokális koncentráció növekedés. (???Panspermia???)

24 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? A +B C +D pH<7 pl.: aminosavak E +F G +H pH>7 pl.: membrán alkotó és cukrok Az Ősleves problémai IV.

25 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? Az Ősleves problémai V.

26 Számos biokémiai reakció valójában kondenzáció, azaz vízkilépéssel járó kémia reakció. Hogyan képződhet végtermék-gátlás nélkül polipeptid (fehérje) vagy polinukleotid (RNS, DNS)? Az Ősleves problémai VI. glicinalanin Peptid kötés ALANIN H H H GLICIN + H H H H N C H C C O OH O C H H C N N H H C H H C O N H C H C C O OH HH H + O H H

27 A fenti kémiai problémák miatt el kell vetnünk az ősleves elméletet.

28 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 + H 2 S = FeS 2 +H 2 Szénforrás: CO vagy CO 2

29 Bizonyíték: a mai biomolekulák többsége negatív töltésű kémiai csoportokat hordoz (pl.: foszfát, karbonát) a felület-kötött molekulák közötti reakciók kevésbé terheltek az ősleves problémáival Az Őspizza I. 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

30 A felületnek erőteljes katalizáló hatása van (vö.: szervetlen katalizátorok, enzimek)! A felület kötött szubsztrátok lokális koncentráció növekedés miatt megnő az ütközések száma, ami a kémiai reakciók gyakoribb lefolyásához vezet. Az Őspizza II. Katalizátor (gyors reakciók) Specifikus (kevés mellékreakció) Stereospecifikus Az enzimek ma leginkább fehérjék.

31 A felület képes kiválogatni a L- ill. D-formájú molekula párok közül az egyiket. Az Őspizza III. 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!!!

32 Elősegíti a vízkilépésel járó biokémiai (kondenzációs) reakciókat. Oldatban: A+B=C+DA+B=C+D Mozgási szabadsági fokok: Felülethez kötötten: A+B=C+D Mozgási szabadsági fokok: 2223 A rendezetlenség mértéke (entrópia) nő! Az Őspizza IV.

33 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. polimerizáció hidrolízis

34 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.


Letölteni ppt "Az élet eredetének kísérleti eredményei Könnyű Balázs Ph.D hallgató 1 ELTE, Biológiai Intézet, Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék."

Hasonló előadás


Google Hirdetések