Pôvod a vlastnosti Protobiontov

protobionts sú to biologické komplexy, ktoré podľa niektorých hypotéz týkajúcich sa pôvodu života predchádzali bunkám. Podľa Oparína ide o molekulárne agregáty obklopené semipermeabilnou lipidovou membránou alebo podobnou štruktúrou..

Tieto biotické molekulárne agregáty by mohli predstavovať jednoduchú reprodukciu a metabolizmus, ktorý by dokázal udržať chemické zloženie vnútra membrány odlišné od jej vonkajšieho prostredia..

Niektoré experimenty uskutočnené v laboratóriu rôznymi výskumníkmi ukázali, že protobióny by sa mohli tvoriť spontánne pomocou organických zlúčenín vytvorených z abiotických molekúl ako štruktúrnych blokov..

Príklady týchto experimentov sú tvorba lipozómov, čo sú agregácie malých kvapiek obklopených membránami. Tieto sa môžu tvoriť, keď sa do vody pridajú lipidy. Vyskytuje sa tiež pri pridávaní iných typov organických molekúl.

Môžem sa stať, že kvapky podobné lipozómom, ktoré sa tvoria v rybníkoch prebiotických časov a tieto náhodne inkorporujú niektoré aminokyselinové polyméry.

V prípade, že polyméry urobili určité organické molekuly priepustné pre membránu, bolo by možné tieto molekuly inkorporovať selektívne.

index

• 1 Vlastnosti a charakteristiky
  • 1.1 Semipermeabilné membrány
  • 1.2 Excitabilita
• 2 Pôvod
  • 2.1 Hypotéza Oparin a Haldane
  • 2.2 Experiment Miller a Urey
• 3 Genetický materiál protobiontov
  • 3.1 Svet RNA
  • 3.2 Vzhľad DNA
• 4 Odkazy

Vlastnosti a charakteristiky

Predpokladané protobionty by mohli byť vytvorené z hydrofóbnych molekúl, ktoré boli organizované vo forme dvojvrstvy (dve vrstvy) na povrchu kvapky, pripomínajúce lipidové membrány prítomné v súčasných bunkách..

Semipermeabilné membrány

Pretože štruktúra je selektívne permeabilná, lipozómy môžu napučiavať alebo deflovať v závislosti od koncentrácie rozpustených látok v médiu.

To znamená, že ak je lipozóm vystavený hypotonickému médiu (koncentrácia vo vnútri bunky je väčšia), voda vstupuje do štruktúry, napučiava lipozóm. Naopak, ak je médium hypertonické (koncentrácia bunky je nižšia), voda sa presúva do vonkajšieho prostredia.

Táto vlastnosť nie je jedinečná pre lipozómy, môže sa tiež aplikovať na súčasné bunky organizmu. Napríklad, ak sú červené krvinky vystavené hypotonickému médiu, môžu explodovať.

vzrušivosť

Lipozómy môžu uchovávať energiu vo forme membránového potenciálu, ktorý sa skladá z napätia na povrchu. Štruktúra môže vybiť napätie spôsobom, ktorý pripomína proces, ktorý sa vyskytuje v nervových bunkách nervového systému. 

Lipozómy majú niekoľko charakteristík živých organizmov. Nie je to však to isté ako povedať, že lipozómy sú živé.

zdroj

Existuje široká škála hypotéz, ktoré sa snažia vysvetliť pôvod a vývoj života v prebiotickom prostredí. Nižšie popíšeme tie najvýraznejšie postuláty, ktoré hovoria o pôvode protobiontov:

Hypotéza Oparina a Haldana

Hypotézu o biochemickom vývoji navrhol Alexander Oparin v roku 1924 a John D. S. Haldane v roku 1928.

Tento postulát predpokladá, že prebiotická atmosféra postrádala kyslík, ale silne sa znižovala, pričom veľké množstvo vodíka viedlo k tvorbe organických zlúčenín vďaka prítomnosti zdrojov energie..

Podľa tejto hypotézy, keď došlo k ochladzovaniu Zeme, výpary sopečných erupcií kondenzovali a zrážali sa ako silné a konštantné dažde. Keď voda padla, tiahla minerálne soli a iné zlúčeniny, čo viedlo k slávnej prvotnej polievke alebo výživnému vývaru..

V tomto hypotetickom prostredí by sa mohli vytvoriť veľké molekulárne komplexy nazývané prebiotické zlúčeniny, ktoré vznikli čoraz zložitejšie bunkové systémy. Oparin nazýval tieto štruktúry protobionáty.

Keď protobiónovia zvýšili svoju komplexnosť, získali nové kapacity na prenos genetických informácií a Oparin dal týmto pokročilejším formám meno eubiontov..

Miller a Urey experiment

V roku 1953, po postulátoch Oparina, výskumníci Stanley L. Miller a Harold C. Urey vyvinuli sériu experimentov na overenie tvorby organických zlúčenín z jednoduchých anorganických materiálov..

Millerovi a Ureyovi sa podarilo vytvoriť experimentálny dizajn, ktorý simuloval prebiotické prostredie s podmienkami navrhnutými Oparinom v malom meradle, pričom získal okrem iného rad zlúčenín, ako sú aminokyseliny, mastné kyseliny, kyselina mravčia, močovina..

Genetický materiál protobiontov

RNA svet

Podľa hypotézy súčasných molekulárnych biológov, protobionty niesli molekuly RNA namiesto molekúl DNA, čo im umožnilo replikovať a uchovávať informácie.

Okrem toho, že RNA má zásadnú úlohu pri syntéze proteínov, môže sa tiež správať ako enzým a vykonávať katalytické reakcie. Vzhľadom na túto charakteristiku je RNA indikovaným kandidátom ako prvý genetický materiál v protobiontoch.

Molekuly RNA schopné vykonávať katalýzu sa nazývajú ribozýmy a môžu vytvárať kópie s komplementárnymi sekvenciami krátkych úsekov RNA a sprostredkovať proces spájanie, odstránenie úsekov sekvencie.

Protobiont, ktorý mal molekulu katalytickej RNA vo vnútri, sa líšil od jeho protějškov, ktorým chýbala táto molekula.

V prípade, že by protobionty mohli rásť, deliť sa a prenášať RNA na svojich potomkov, môžu sa na tento systém aplikovať prirodzené procesy darwinovského prirodzeného selekčného procesu a protobióny s molekulami RNA by zvýšili ich frekvenciu v populácii..

Hoci vzhľad tohto protobionu môže byť veľmi nepravdepodobný, je potrebné si uvedomiť, že v telách vody primitívnej zeme mohli existovať milióny protobiontov..

Vzhľad DNA

DNA je oveľa stabilnejšia dvojvláknová molekula v porovnaní s molekulou RNA, ktorá je krehká a nepresne sa replikuje. Táto vlastnosť presnosti, pokiaľ ide o replikáciu, sa stala nevyhnutnejšou, pretože sa zväčšili genómy protobiónov.

Na Princetonskej univerzite, výskumník Freeman Dyson navrhuje, že molekuly DNA môžu byť krátke štruktúry, podporované pri ich replikácii náhodnými aminokyselinovými polymérmi s katalytickými vlastnosťami.

Táto skorá replikácia by sa mohla vyskytovať vo vnútri protobiónov, ktoré uchovávali veľké množstvá organických monomérov.

Po objavení sa molekuly DNA mohla RNA začať hrať svoje súčasné úlohy ako sprostredkovatelia prekladu, čím sa vytvára "svet DNA"..

referencie

1. Altstein, A. D. (2015). Progénová hypotéza: svet nukleoproteínov a ako začal život. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Biológia: Život na Zemi. Pearsonovo vzdelávanie.
3. Campbell, A. N., & Reece, J. B. (2005). biológie. Editorial Panamericana Medical.
4. Gama, M. (2007). Biológia 1: Konštruktivistický prístup. Pearson Education.
5. Schrum, J. P., Zhu, T. F., & Szostak, J. W. (2010). Pôvod bunkového života. Cold Spring Harbor perspektívy v biológii, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocells modely v pôvode života a syntetickej biológie. život, 5(4), 1700-1702.