Произход и свойства на протобионтите

на протобионти те са биологични комплекси, които според някои хипотези, свързани с произхода на живота, предшестват клетките. Според Oparín, това са молекулни агрегати, заобиколени от полупропусклива липидна мембрана или структура, подобна на тази..

Тези биотични молекулярни агрегати могат да представляват просто възпроизвеждане и метаболизъм, които успяват да запазят химическия състав на вътрешността на мембраната различен от външната му среда.

Някои експерименти, проведени в лабораторията от различни изследователи, показаха, че протобионтите могат да се образуват спонтанно, използвайки органични съединения, създадени от абиотични молекули като структурни блокове..

Примери за тези експерименти са образуването на липозоми, които са агрегати от малки капчици, заобиколени от мембрани. Те могат да се образуват, когато към водата се добавят липиди. Това се случва и когато се добавят други видове органични молекули.

Мога да се случи, че липозом-подобни капчици, образувани в езера на пребиотични времена и тези случайно включени някои аминокиселинни полимери.

В случай, че полимерите са направили определени органични молекули, пропускливи за мембраната, би било възможно тези молекули да се включат селективно.

индекс

• 1 Свойства и характеристики
  • 1.1 Полупропускливи мембрани
  • 1.2 Възбудимост
• 2 Произход
  • 2.1 Хипотезата на Опарин и Халдейн
  • 2.2 Експериментът на Милър и Ури
• 3 Генетичен материал на протобионтите
  • 3.1 Светът на РНК
  • 3.2 Поява на ДНК
• 4 Препратки

Свойства и характеристики

Предполагаемите протобиони могат да бъдат образувани от хидрофобни молекули, които са организирани под формата на двуслойни (два слоя) на повърхността на капка, напомнящи липидните мембрани, присъстващи в настоящите клетки..

Полупропускливи мембрани

Тъй като структурата е селективно пропусклива, липозомът може да набъбне или да се изпусне в зависимост от концентрацията на разтворените вещества в средата.

Тоест, ако липозомът е изложен на хипотонична среда (концентрацията вътре в клетката е по-голяма), водата влиза в структурата, набъбвайки липозома. Обратно, ако средата е хипертонична (концентрацията на клетката е по-ниска), водата се придвижва към външната среда.

Това свойство не е уникално за липозомите, то може да се прилага и към текущите клетки на организма. Например, ако червените кръвни клетки са изложени на хипотонична среда, те могат да експлодират.

възбудимост

Липозомите могат да съхраняват енергия под формата на мембранен потенциал, който се състои от напрежение по повърхността. Структурата може да освободи напрежението по начин, напомнящ за процеса, който се случва в невронните клетки на нервната система. 

Липозомите имат няколко характеристики на живите организми. Въпреки това, не е същото, че казват, че липозомите са живи.

източник

Съществува голямо разнообразие от хипотези, които се стремят да обяснят произхода и еволюцията на живота в пребиотична среда. По-долу ще опишем най-забележителните постулати, които обсъждат произхода на протобионтите:

Хипотеза за Опарин и Халдейн

Хипотезата за биохимичната еволюция е предложена от Александър Опарин през 1924 г. и от Джон Д. С. Халдейн през 1928 г..

Този постулат предполага, че в пребиотичната атмосфера липсва кислород, но силно намалява, с големи количества водород, което води до образуването на органични съединения благодарение на наличието на енергийни източници..

Според тази хипотеза, когато се е случило охлаждането на земята, изпаренията от вулканичните изригвания се кондензират, като се утаяват като силни и постоянни дъждове. Когато водата падна, тя влачеше минерални соли и други съединения, пораждайки известната първична супа или хранителен бульон..

В тази хипотетична среда могат да се образуват големи молекулярни комплекси, наречени пребиотични съединения, които произхождат от все по-сложни клетъчни системи. Опарин нарича тези структури протобионти.

Докато протобионтите увеличават сложността си, те придобиват нови възможности за предаване на генетична информация и Опарин дава името на еубионите на тези по-напреднали форми..

Експериментът на Милър и Ури

През 1953 г., след постулатите на Опарин, изследователите Stanley L. Miller и Harold C. Urey разработиха серия от експерименти за проверка на образуването на органични съединения от прости неорганични материали.

Милър и Ури успяха да създадат експериментален проект, който симулира пребиотични среди с условията, предложени от Опарин в малък мащаб, като се сдобиха с редица съединения като аминокиселини, мастни киселини, мравчена киселина, карбамид..

Генетичен материал на протобионтите

Светът на РНК

Според хипотезата на настоящите молекулярни биолози, протобионтите носят молекули РНК, вместо ДНК молекули, което им позволява да възпроизвеждат и съхраняват информация..

Освен че има основна роля в синтеза на протеини, РНК може също да се държи като ензим и да извършва катализни реакции. Поради тази характеристика, РНК е посочен кандидат, който е първият генетичен материал в протобионтите.

РНК молекули, способни да извършват катализа, се наричат ​​рибозими и могат да правят копия с комплементарни последователности на къси участъци от РНК и да медиират процеса на снаждане, елиминиране на части от последователността.

Протобионт, който има каталитична РНК молекула вътре в него, варира от неговите колеги, които нямат тази молекула.

В случай, че протобионтите могат да растат, да се разделят и да предадат РНК на тяхното потомство, на тази система могат да се приложат дарвински естествени процеси на селекция и протобионтите с молекули РНК ще увеличат честотата си в популацията..

Въпреки че появата на този протобион може да бъде много малко вероятно, е необходимо да се помни, че в водите на примитивната земя може да има милиони протобионти..

Поява на ДНК

ДНК е много по-стабилна двуверижна молекула, в сравнение с молекулата на РНК, която е нестабилна и се репликира неточно. Това свойство на точност по отношение на репликацията стана по-необходимо, тъй като геномите на протобионтите се увеличават по размер.

В Принстънския университет изследователят Фрийман Дайсън предлага, че ДНК молекулите може да са били къси структури, подпомогнати от тяхната репликация чрез случайни аминокиселинни полимери с каталитични свойства..

Тази ранна репликация може да се случи вътре в протобионтите, които са съхранявали големи количества органични мономери.

След появата на ДНК молекулата, РНК може да започне да изпълнява сегашните си роли като посредници в превода, като по този начин създава "ДНК света".

препратки

1. Altstein, A.D. (2015). Прогнозната хипотеза: нуклеопротеиновия свят и начина на живот. Биология Директно, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Биология: Живот на Земята. Образованието на Пиърсън.
3. Campbell, A.N., & Reece, J. B. (2005). биология. Редакция Panamericana Medical.
4. Гама, М. (2007). Биология 1: Конструктивистки подход. Образование в Пиърсън.
5. Schrum, J.P., Zhu, T.F., & Szostak, J.W. (2010). Произходът на клетъчния живот. Перспективите на Cold Spring Harbor в биологията, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Протоколи Модели в произхода на живота и синтетичната биология. живот, 5(4), 1700-1702.