Prebiological (kémiai) evolúció
Szerint a legtöbb tudós (főként a csillagászok és geológusok), a Föld kialakult mint égitest mintegy 5 milliárd év, az úgynevezett kondenzációjával a részecskék körül forog a Nap porfelhő.
Hatása alatt a nyomóerők részecskék, amelyek a föld van kialakítva, egy hatalmas mennyiségű visszanyert hő. A belső tér a Föld kezd termonukleáris reakciót. Ennek eredményeként, a föld melegszik. Így az úgynevezett 5 milliárd év Föld képviselt térben rohanó izzó gömb, a felületi hőmérséklet eléri a 4000-8000 ° C-on (ábra. 2.4.1.1).
Fokozatosan miatt hősugárzás űrbe, a Föld kezd lehűlni. Mintegy 4 milliárd évvel az úgynevezett A Föld lehűl úgy, hogy a szilárd kéreg képződik a felületén; egyidejűleg kihúzták a talajt a tüdő, a gáz-halmazállapotú anyagok, felfelé emelkedjen és a alkotó primer levegő. A készítmény az elsődleges hangulat jelentősen eltér a jelenlegi. Szabad oxigén a légkörben az ősi föld, látszólag nincs jelen, és ez állt az anyag redukált állapotban, mint például a hidrogén (H2), a metán (CH4), ammónia (NH3), vízgőz (H2 O), és esetleg továbbá a nitrogén (N2), szén-monoxid és a szén-dioxid (CO és C02).
A redukáló jellege az elsődleges Föld légkörének rendkívül fontos az élet, mivel az anyag redukált állapotban, nagyon reaktív bizonyos körülmények között, és képesek kölcsönhatásba lépni egymással alkotnak szerves molekulák. Nincs szabad oxigén atmoszférában elsődleges föld (föld gyakorlatilag az összes oxigént már kapcsolódik a oxidok formájában) is fontos előfeltétele az élet, mivel az oxigén könnyen oxidálódik és így elpusztítja szerves vegyület. Ezért a jelenléte a szabad oxigén a légkörben való felhalmozódásának az ősi Földön jelentős mennyiségű szerves anyagok nem lenne lehetséges.
Körülbelül 5 milliárd év, stb - az esemény a Föld mint égitest; felületi hőmérséklet - 4000-8000 ° C-on
Mintegy 4 milliárd évvel az úgynevezett - képződését kéreg és primer levegő
A hőmérséklet 1000 ° C - atmoszférában kezdődik a primer szintézise egyszerű szerves molekulák
Energia előállítására szintézis:
A primer levegő hőmérséklete 100 ° C alatt - Formation az elsődleges óceán -
Szintézise az összetett szerves molekulák - biopolimerek egyszerű szerves molekulákat:
- Egyszerű szerves molekulák - monomerek
- összetett szerves molekulák - biopolimerek
Ábra. 2.4.1.1. A főbb állomásai kémiai evolúció
Amikor a kezdeti hőmérséklete a légkörbe eléri az 1000 ° C-on, akkor kezdődik szintézise egyszerű szerves molekulák, mint például aminosavak, nukleotidok, zsírsavak, az egyszerű cukrok, többértékű alkoholok, szerves savak, és mások. Az energia szintézis ellátási villámlás, vulkáni tevékenység, merev külső sugárzás, és végül, az ultraibolya sugárzás a nap, ahonnan a Föld ózon képernyő még nem védett, és ez az ultraibolya sugárzás, a tudósok úgy vélik, a fő energiaforrása az abiotikus (azaz mintegy odyascheyu részvétele nélkül élő szervezetek) szintézisét a szerves anyagok.
Elismerés és széles körben elterjedt elmélet AI Oparin nagyban hozzájárult, hogy az a tény, hogy a folyamatok az abiotikus szintézise szerves molekulák könnyen reprodukálható modell kísérletekben.
Képes szintetizálni a szerves anyagokat szervetlen óta ismert a 19. század elején. Már 1828-ban, a kiváló német vegyész F. Wohler szintetizált a szerves anyag - karbamid a szervetlen - tsianovokislogo ammónium. Ugyanakkor az a lehetőség abiogenous szerves vegyületek szintézisét körülmények között közel a feltételeknek az ősi föld, először bizonyította egy olyan kísérletben S. Miller.
1953-ban egy fiatal amerikai tudós, a Chicagói Egyetem hallgatói diplomnik Stanley Miller reprodukálni üvegedényben egy beforrasztott hordozó elektródák elsődleges Föld légkörébe, amely szerint a tudósok abban az időben állt a hidrogén metán CH4. NH ammónia, vízgőz és H2 0 (ábra. 2.4.1.2). Ezzel gázkeverék C. Miller a hét telt el az elektromos szikra, hogy szimulálja a villám. A kísérlet után a lombikban találták # 945; aminosavak (glicin, alanin, aszparagin, glutamin), szerves savak (borostyánkősav, tejsav, ecetsav, glikokolovaya), y-hidroxi-vajsav és a karbamid. Megismételve a tapasztalat S. Miller volt képes megszerezni az egyes nukleotidok és rövid polinukleotid lánc öt vagy hat egység.
Ábra. 2.4.1.2. Telepítése S. Miller
A további kísérletekben a abiotikus szintézis által lefolytatott különböző kutatók, nem csak a használt elektromos sokk, hanem más fajta energia, jellemző az ősi Föld - Tér, UV és radioaktív sugárzás, magas hőmérsékleten rejlő vulkanikus tevékenység, valamint a különböző lehetőségek a gázkeverék, szimuláló primer levegőt. Az eredmény az volt, egy egész sor szerves molekulák, jellemző az élő: aminosavak, nukleotidok, zsír-szerű anyagok, az egyszerű cukrok, a szerves savak.
Sőt, abiotikus szintézise szerves molekulák előfordulhat a világon, és jelenleg (például során vulkáni tevékenység). Így vulkanikus kibocsátások mutatható nemcsak kéksav HCN, prekurzorai aminosavak és nukleotidok, hanem egyes aminosavak, nukleotidok, és még az ilyen bonyolult a szerkezete szerves anyagok, mint például a porfirinek. Abiotikus szintézise szerves anyagok lehetséges nemcsak a földet, hanem a térben. A legegyszerűbb aminosav található meteorok és üstökösök.
Amikor a primer levegő hőmérséklet csökkent 100 ° C alatti, a földre összeomlott forró felhős és megjelentek az elsődleges óceán. Az eső ömlik az elsődleges óceán cselekedett abiogenically szintetizált szerves anyag, amitől, de képletesen angol biokémikus Dzhona Holdeyna, híg „ősleves”. Úgy látszik, ez egy elsődleges óceán folyamatok indulnak képződését egyszerű szerves molekulák - monomerek összetett szerves molekulák - biopolimerek (lásd 2.4.1.1 ..).
Azonban, a polimerizációs eljárások egyes nukleogidov, aminosavak és cukrok - a kondenzációs reakciót, akkor az áramlás víz eltávolításával, tehát, hogy a vizes közeg nem járul polimerizációs hanem ellenkezőleg, a hidrolízis biopolimerek (azaz, a megsemmisítése a víz mellett).
Képződése biopolimer (mint például a fehérjék aminosav) előfordulhatnak a légkörben a hőmérséklet körülbelül 180 ° C-on, ahol mostuk az elsődleges óceán csapadék. Szintén, esetleg az ókori világ koncentrálódtak az aminosav szakaszos tározók és polimerizálunk száraz formában az intézkedés alapján ultraibolya fény és a hő láva.
Annak ellenére, hogy a víz elősegíti a hidrolízis a biopolimerek egy élő sejtben biopolimer szintézishez végezzük vizes közegben. Ez a folyamat által katalizált specifikus fehérjék katalizátorok - enzimekkel szintéziséhez szükséges, és a felszabaduló energia során a bomlási adenozin-trifoszfát - ATP. Talán biopolimer szintézishez vizes közegben, hogy katalizálja az elsődleges felület az óceán néhány ásványi anyagok. Az eredmények azt mutatják kísérletileg, hogy az aminosavak az alanin oldat lehet polimerizálunk vizes közegben, egy speciális alumíniumoxid formájában. Ez képezi egy polialaninnal peptid. A polimerizációs reakció kíséri a bontást a ATP alanin.
Polimerizáció nukleotidok könnyebb, mint a polimerizációs aminosavak. Kimutatták, hogy az egyes nukleotidok polimerizálódnak spontán magas sókoncentráció oldatok, fordult egy nukleinsav.
Az élet minden modern élőlények - van, amely a folyamatos interakció legfontosabb biopolimerek élő sejt - fehérjék és nukleinsavak.
A fehérjék - a „molekula-munkások”, „molekula-mérnökök” egy élő sejt. Leírja szerepük az anyagcserében, biokémikusok gyakran használják ilyen számok a beszéd, mint a „fehérje működik”, „enzim-reakcióelegyet” .Vazhneyshaya belkov- katalitikus funkciót. Ismeretes, hogy a katalizátorok - anyagok, amelyek felgyorsítják a kémiai reakciók, de a reakció, hogy a végső termékek nem vhodyat.Bachki katalizátorok nevezett enzimek. Az enzimek a kanyarban és ezerszer felgyorsítja az anyagcsere reakciók. Anyagcsere, és így az élet lehetetlen nélkülük.
Nukleinsav - „molekuláris számítógépek” molekulák - az állattartók genetikai információt. Nukleinsavak nem tárolnak adatokat minden anyagot az élő sejtek, hanem csak a fehérjék. Ahhoz, hogy játszanak a leánysejt fehérjék jellemző az anya cella pontosan újra az összes kémiai és szerkezeti jellemzői az anya sejt, valamint a jellegzetes természetét és az anyagcsere. Nukleinsavak maguk is reprodukálható katalitikus aktivitása révén a proteinek.
Így a titok generálásához az élet - egy titkos előfordulása kölcsönhatás mechanizmusa a fehérjék és nukleinsavak. Milyen információt erről a folyamatról, a modern tudomány? Mik voltak az elsődleges molekuláris alapját az élet - fehérjék vagy nukleinsavak?
A tudósok úgy vélik, hogy annak ellenére, hogy a döntő szerepet a fehérje-anyagcsere a modern élőlények, az első „élő” molekulák nem fehérjék, és a nukleinsavak, azaz a ribonukleinsav (RNS).
1982-ben az amerikai biokémikus Thomas kinyitotta be- autokatalitikus tulajdonságait RNS. Kísérletileg kimutatták, hogy egy olyan közegben, amely magas koncentrációban ásványi sók, ribonukleotid-spontán (spontán) polimerizáljuk, hogy polinukleotidok - RNS-molekula. A kiinduláskor a poli- nukleotid RNS láncok templátként komplementer párosítás nitrogéntartalmú bázisok RNS képződik Ko FDI. A reakció katalizátora RNS-templát másolata az eredeti RNS-molekula, és nem igényel a részvételét enzimek vagy egyéb proteinek.
További események meglehetősen jól magyarázható folyamatot, ami az úgynevezett „természetes szelekció” molekuláris szinten. Ha a másolási önmagában (self-assembly) RNS-molekulák pontatlanságok elkerülhetetlenül előfordulnak, a hibák. példányban a hibákat tartalmazó RNS másolódik újra. Amikor újra másolás hibák előfordulhatnak újra. Ennek eredményeként, a lakosság RNS-molekulák egy adott területen lesz nem egyenletes elsődleges óceán.
Mivel a párhuzamos szintézis folyamatok RNS és a pusztulás folyamatok a reakcióközegben fog felhalmozódni molekulák vagy stabilabb vagy jobb autokatalitikus tulajdonságokkal (azaz olyan molekulákat, majd önmagukban replikálódni, akkor „szaporodnak”).
Bizonyos RNS-molekulák, például a mátrix lehet ön-szerelvény kis fehérjefragmensek - peptidek. fehérje „Case” körül van kialakítva az RNS-molekula.
Együtt a autokatalitikus funkciók Thomas Check található RNS-molekulák és samosplaysinga jelenség. Ennek eredményeként samosplaysinga RNS részeket, amelyek nem védett peptid spontán módon eltávolítjuk a RNS-t (ha „cut” és „dobni”), és a többi rész a kódoló RNS-fehérje fragmensek, „kondenzált”, azaz a spontán jönnek össze egy molekulában. Ez az új RNS-molekulát már kódolnak egy nagyméretű fehérje-komplex (ábra. 2.4.1.3).
Úgy tűnik, a fehérje kezdetben fedi végre elsősorban védelmi funkció, védi RNS a lebomlástól, ezáltal növelve a stabilitást az oldatban (ez a funkció a fehérje a legegyszerűbb esetekben és modern vírusok).
Nyilvánvaló, hogy egy bizonyos szakaszában a biokémiai evolúció előny RNS-molekulák fehérjéket kódoló nemcsak protektív, hanem a fehérjék katalizátorok (enzimek), drámaian felgyorsítja a mértéke RNS másolat. Úgy tűnik, ezen a módon, és ott volt a folyamat kölcsönhatása fehérjék és nukleinsavak, amelyek most hívja életre.
Továbbfejlesztése során, mivel a megjelenése fehérje enzim funkciók - reverz transzkriptáz RNS-én egyláncú molekulák vált szintetizált álló két szálának dezoxiribonukleinsav molekulák (DNS). Hiánya dezoxiribóz az OH-csoport, a 2 „helyzetben, hogy a DNS-molekulák sokkal stabilabb a hidrolitikus lebomlásra enyhén lúgos oldatok, nevezetesen egy enyhén lúgos reakcióközegben volt az elsődleges tartályok (ez a reakció közegben megmarad a citoplazmában modern sejtek).
Hol van fejlesztés folyik a komplex folyamat a kölcsönhatás a fehérjék és nukleinsavak? Az elmélet szerint a madárinfluenza Oparin, itt született az élet váltak az úgynevezett koacervátumból csepp.
A hipotézis az előfordulása kölcsönhatása fehérjék és nukleinsavak:
a) alatt önmásolónak az RNS felhalmozni hibák (1 - megfelelő nukleotidokat az eredeti RNS-2 - nukleotidot, amelyek nem felelnek meg a kezdeti RNS - a másolás hiba); b) egy része az RNS molekula miatt a fizikai-kémiai tulajdonságok „tartsák” aminosavak (3 - RNS-molekula; 4 - aminosav), amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással, átalakítják rövid fehérjemolekulák - peptidek.
Ennek eredményeként, inherens RNS-molekulák samosplaysinga védelem nélküli peptidek részek RNS molekulák elpusztult, és a maradék „fuzionált” egy egyetlen molekulába kódoló nagy fehérje.
Az eredmény egy RNS-molekula, egy fehérje-borított köpeny (hasonló szerkezetű, és a legtöbb primitív modern vírusok, mint például dohány-mozaikvírus)
koacerváció jelenség áll az a tény, hogy bizonyos körülmények között (például, az elektrolitok jelenlétében) nagy molekulatömegű anyagokat elválasztjuk az oldattól, de nem a csapadékkiválás alakjában, és abban a formában egy tét, de központú th oldatot - koacervátum. Amikor rázás koacervát esik szét egyedi finom cseppekre. Ilyen vízcseppek lefedett stabilizáló hidrátburok (egy shell vízmolekulák) - Fig. 2.4.1.4.
Koacervát csepp van némi hasonlóság az anyagcsere: a befolyása a jód tisztán fizikai és kémiai erők szelektíven elnyelik egyes anyagokat a megoldást, és engedje a környezetbe való bomlástermékei. Szelektíven koncentrálva anyagokat, amelyek a környezet, akkor növekedni és elér egy bizonyos méretet, de kezdenek „sokasodjatok”, bimbózó kis cseppek, ami viszont, nőhet és a „bud”.
Származó fehérje koncentrációját megoldások koacervátum cseppek a keverési folyamat alatt az intézkedés a hullámok és a szél bevonhatjuk lipidek sorok: egyetlen, szappan-szerű micellák (egyetlen csepp elszigetelten a víz felszínén, borított egy lipid réteg), vagy kettős, hasonlít a sejtmembránon ( amikor újra esik csepp bevont egyrétegű lipid membrán, egy lipid filmet, amely a felszínen a tó - ábra 2.4.1.4) ..
Folyamatok előfordulása koacervátum cseppek, a növekedés és a „bimbózó” és „kötszer” a membrán a lipid kettősréteg könnyen szimulált a laboratóriumban.
A koacervátum cseppecskék egy folyamat is, a „természetes szelekció”, ahol az oldatot tároljuk a legstabilabb cseppecske.
Annak ellenére, hogy a hasonlóság koacervátumba csepp élő sejtekkel, koacervátum csepp hiányzik a fő jellemzője az élő - a képesség, hogy pontosan reprodukálni, másolni magát. Nyilvánvaló, voltak a prekurzorok az élő sejtek ilyen koacervátum cseppek álló komplexek molekulák replikátor (RNS vagy DNS), és általuk kódolt fehérjék. Talán RNS-fehérje komplexek létezik hosszú időn kívül koacervátumból cseppek formájában úgynevezett „szabadon élő gén”, és esetleg azok kialakulását zajlott közvetlenül benne néhány csepp koacervátumból.
Egy lehetséges átmeneti pálya a koacervátum esik primitív kiszélesedő:
a) kialakítjuk koatssrvata;
6) stabilizáló koacervátum cseppeket egy vizes oldatban;
c) - cseppképződés körül a lipid kettős réteg, hasonló egy sejtmembrán: 1 - koacervátum cseppecske; 2 - lipidegyréteg felületén a tározó; 3 - cseppecskék képzése körül egy lipid réteg; 4 - cseppképződés körül a lipid kettős réteg, hasonló a sejtmembrán;
g) - koacervátum cseppek körül egy lipid kettős réteg, annak szerkezete lépett a fehérje-nukleotid komplex - egy prototípusa az első élő sejtek
Rendkívül komplex, nem teljesen érthető a modern tudomány, a folyamat kialakulását a földi élet telt el egy történelmi szempontból rendkívül gyors. Már 3,5 milliárd éves az úgynevezett kémiai evolúció véget ért a megjelenése az első élő sejtek és a biológiai evolúció kezdődött.