Protobionts oorsprong en eigenschappen



de protobionts het zijn biologische complexen die volgens sommige hypotheses gerelateerd aan de oorsprong van het leven, voorafgingen aan de cellen. Volgens Oparín zijn dit moleculaire aggregaten omgeven door een semi-permeabel lipidemembraan of een structuur vergelijkbaar met deze..

Deze biotische moleculaire aggregaten kunnen een eenvoudige reproductie en een metabolisme vertonen dat erin slaagde de chemische samenstelling van de binnenkant van het membraan te behouden, anders dan de externe omgeving.

Sommige experimenten die verschillende onderzoekers in het laboratorium hebben uitgevoerd, hebben aangetoond dat protobionts zich spontaan kunnen vormen met behulp van organische verbindingen die zijn gemaakt van abiotische moleculen als structurele blokken..

Voorbeelden van deze experimenten zijn de vorming van liposomen, die aggregaties zijn van kleine druppeltjes omgeven door membranen. Deze kunnen worden gevormd wanneer lipiden aan water worden toegevoegd. Het komt ook voor wanneer andere soorten organische moleculen worden toegevoegd.

Ik kan gebeuren dat liposoomachtige druppeltjes gevormd zijn in vijvers van prebiotische tijden en deze hebben willekeurig enkele aminozuurpolymeren opgenomen.

In het geval dat de polymeren bepaalde organische moleculen permeabel maken voor het membraan, zou het mogelijk zijn om de moleculen selectief op te nemen.

index

  • 1 Eigenschappen en kenmerken
    • 1.1 Semipermeabele membranen
    • 1.2 Opwinding
  • 2 Oorsprong
    • 2.1 Hypothese van Oparin en Haldane
    • 2.2 Miller en Urey experimenteren
  • 3 Genetisch materiaal van protobionten
    • 3.1 Wereld van RNA
    • 3.2 Uiterlijk van DNA
  • 4 Referenties

Eigenschappen en kenmerken

De veronderstelde protobionts kunnen worden gevormd uit hydrofobe moleculen die zijn georganiseerd in de vorm van een dubbellaag (twee lagen) op het oppervlak van een druppel, waarbij de lipidemembranen in de huidige cellen worden herinnerd.

Semipermeabele membranen

Omdat de structuur selectief permeabel is, kan het liposoom opzwellen of leeglopen, afhankelijk van de concentratie van opgeloste stoffen in het medium.

Dat wil zeggen, als het liposoom wordt blootgesteld aan een hypotonisch medium (de concentratie in de cel is groter), komt het water in de structuur en zwelt het liposoom op. Als daarentegen het medium hypertoon is (de concentratie van de cel is lager), verplaatst het water zich naar de buitenomgeving.

Deze eigenschap is niet uniek voor liposomen, het kan ook worden toegepast op de huidige cellen van een organisme. Als de rode bloedcellen bijvoorbeeld worden blootgesteld aan een hypotonisch medium, kunnen ze exploderen.

prikkelbaarheid

Liposomen kunnen energie opslaan in de vorm van een membraanpotentiaal, die bestaat uit een spanning over het oppervlak. De structuur kan de spanning ontladen op een manier die doet denken aan het proces dat optreedt in de neuronale cellen van het zenuwstelsel. 

Liposomen hebben verschillende kenmerken van levende organismen. Het is echter niet hetzelfde als zeggen dat liposomen leven.

bron

Er bestaat een grote diversiteit aan hypothesen die de oorsprong en evolutie van het leven in een prebiotische omgeving proberen te verklaren. Hieronder beschrijven we de meest opvallende postulaten die de oorsprong van protobionts bespreken:

Hypothese van Oparin en Haldane

De hypothese over biochemische evolutie werd voorgesteld door Alexander Oparin in 1924 en door John D. S. Haldane in 1928.

Dit postulaat veronderstelt dat de prebiotische atmosfeer zuurstof ontbeerde, maar sterk afnam, met grote hoeveelheden waterstof die leidde tot de vorming van organische verbindingen dankzij de aanwezigheid van energiebronnen.

Volgens deze hypothese, terwijl de afkoeling van de aarde plaatsvond, condenseerde de damp van de vulkaanuitbarstingen als krachtige en constante regens. Toen het water viel, sleepte het minerale zouten en andere verbindingen, leidend tot de beroemde oersoep of de voedzame bouillon.

In deze hypothetische omgeving zouden zich moleculaire complexen kunnen vormen die prebiotische verbindingen worden genoemd, die steeds complexere cellulaire systemen ontstonden. Oparin noemde deze structuren protobiontes.

Naarmate de protobionts hun complexiteit verhoogden, verwierven ze nieuwe capaciteiten om genetische informatie door te geven, en Oparin gaf de naam van eubiontes aan deze meer geavanceerde vormen..

Miller en Urey experimenteren

In 1953, na de veronderstellingen van Oparin, ontwikkelden de onderzoekers Stanley L. Miller en Harold C. Urey een reeks experimenten om de vorming van organische verbindingen uit eenvoudige anorganische materialen te verifiëren.

Miller en Urey slaagden erin een experimenteel ontwerp te maken dat prebiotische omgevingen simuleerde met de omstandigheden die Oparin op kleine schaal voorstelde, waardoor een reeks verbindingen werd verkregen, zoals aminozuren, vetzuren, mierenzuur, ureum..

Genetisch materiaal van de protobionts

RNA-wereld

Volgens de hypothese van de huidige moleculair biologen droegen protobionts RNA-moleculen, in plaats van DNA-moleculen, die hen in staat stelden om informatie te repliceren en op te slaan.

Naast een fundamentele rol bij de eiwitsynthese, kan RNA zich ook gedragen als een enzym en katalytische reacties uitvoeren. Vanwege deze eigenschap is RNA een aangewezen kandidaat om het eerste genetische materiaal in protobionten te zijn.

RNA-moleculen die in staat zijn om katalyse uit te voeren, worden ribozymen genoemd en kunnen kopieën maken met complementaire reeksen van korte stukjes RNA en het proces van mediëren mediëren. splicing, het elimineren van delen van de reeks.

Een protobiont dat een katalytisch RNA-molecuul in zich had varieerde van zijn tegenhangers die dat molecuul misten.

In het geval de protobionts zouden kunnen groeien, het RNA kunnen delen en overbrengen op hun nakomelingen, kunnen Darwiniaanse natuurlijke selectieprocessen op dit systeem worden toegepast en kunnen prototypen met RNA-moleculen hun frequentie in de populatie verhogen.

Hoewel het uiterlijk van dit protobion zeer onwaarschijnlijk is, is het noodzakelijk om te onthouden dat er miljoenen protobionts in de watermassa's van de primitieve aarde kunnen hebben bestaan.

Uiterlijk van DNA

DNA is een veel stabieler dubbelstrengig molecuul, vergeleken met het RNA-molecuul, dat fragiel is en onnauwkeurig repliceert. Deze eigenschap van nauwkeurigheid in termen van replicatie werd noodzakelijker naarmate de genomen van protobionten in omvang toenamen.

Aan Princeton University stelt onderzoeker Freeman Dyson voor dat DNA-moleculen korte structuren kunnen zijn, geholpen bij de replicatie ervan door willekeurige aminozuurpolymeren met katalytische eigenschappen.

Deze vroege replicatie kon plaatsvinden binnen protobionts die grote hoeveelheden organische monomeren hadden opgeslagen.

Na het verschijnen van het DNA-molecuul kon RNA zijn huidige rollen beginnen spelen als tussenpersonen in de vertaling, waardoor de 'DNA-wereld' werd gecreëerd.

referenties

  1. Altstein, A.D. (2015). De progenehypothese: de nucleoproteinewereld en hoe het leven begon. Biology Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson-opleiding.
  3. Campbell, A. N., & Reece, J. B. (2005). biologie. Editorial Panamericana Medical.
  4. Gama, M. (2007). Biologie 1: een constructivistische benadering. Pearson Education.
  5. Schrum, J.P., Zhu, T.F., & Szostak, J.W. (2010). De oorsprong van het cellulaire leven. Cold Spring Harbor perspectieven in de biologie, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocellemodellen in oorsprong van leven en synthetische biologie. leven, 5(4), 1700-1702.