Происхождение и свойства протобионтов

протобионтов они представляют собой биологические комплексы, которые, согласно некоторым гипотезам, связанным с происхождением жизни, предшествовали клеткам. Согласно Опарину, это молекулярные агрегаты, окруженные полупроницаемой липидной мембраной или структурой, подобной этой..

Эти биотические молекулярные агрегаты могут представлять простое размножение и метаболизм, которые позволяют поддерживать химический состав внутренней части мембраны, отличный от ее внешней среды..

Некоторые эксперименты, проведенные в лаборатории различными исследователями, показали, что протобионты могут самопроизвольно образовываться, используя органические соединения, созданные из абиотических молекул, в качестве структурных блоков..

Примерами этих экспериментов являются образование липосом, которые представляют собой скопления небольших капелек, окруженных мембранами. Они могут образовываться при добавлении липидов в воду. Это также происходит, когда добавляются другие типы органических молекул.

Может случиться так, что липосомоподобные капли образовались в прудах пребиотических времен, и они случайно включили некоторые аминокислотные полимеры.

В случае, если полимеры сделали определенные органические молекулы проницаемыми для мембраны, можно было бы селективно включать указанные молекулы.

индекс

• 1 Свойства и характеристики
  • 1.1 Полупроницаемые мембраны
  • 1.2 Возбудимость
• 2 Происхождение
  • 2.1 Гипотеза Опарина и Холдейна
  • 2.2 Миллер и Юри эксперимент
• 3 Генетический материал протобионтов
  • 3.1 Мир РНК
  • 3.2 Внешний вид ДНК
• 4 Ссылки

Свойства и характеристики

Предполагаемые протобионты могут быть сформированы из гидрофобных молекул, которые были организованы в виде бислоя (два слоя) на поверхности капли, напоминая липидные мембраны, присутствующие в современных клетках.

Полупроницаемые мембраны

Поскольку структура является избирательно проницаемой, липосома может набухать или спускаться в зависимости от концентрации растворенных веществ в среде..

То есть, если липосома подвергается воздействию гипотонической среды (концентрация внутри клетки выше), вода входит в структуру, набухая в липосоме. Напротив, если среда гипертоническая (концентрация клетки ниже), вода перемещается во внешнюю среду.

Это свойство не уникально для липосом, оно также может применяться к текущим клеткам организма. Например, если эритроциты подвергаются воздействию гипотонической среды, они могут взорваться.

возбудимость

Липосомы могут накапливать энергию в виде мембранного потенциала, который состоит из напряжения на поверхности. Структура может разряжать напряжение способом, напоминающим процесс, который происходит в нейрональных клетках нервной системы.. 

Липосомы имеют несколько характеристик живых организмов. Однако это не то же самое, что сказать, что липосомы живы..

источник

Существует большое разнообразие гипотез, которые пытаются объяснить происхождение и эволюцию жизни в пребиотической среде. Ниже мы опишем наиболее выдающиеся постулаты, которые обсуждают происхождение протобионтов:

Гипотеза Опарина и Холдейна

Гипотеза о биохимической эволюции была предложена Александром Опариным в 1924 году и Джоном Д. С. Холдейном в 1928 году..

Этот постулат предполагает, что в пребиотической атмосфере не хватало кислорода, но он сильно сокращался из-за большого количества водорода, что приводило к образованию органических соединений благодаря наличию источников энергии..

Согласно этой гипотезе, когда произошло охлаждение Земли, пары вулканических извержений конденсировались, выпадая в осадок в виде сильных и постоянных дождей. Когда вода упала, она вытащила минеральные соли и другие соединения, породив знаменитый первичный суп или питательный бульон.

В этой гипотетической среде могут образовываться крупные молекулярные комплексы, называемые пребиотическими соединениями, которые порождают все более сложные клеточные системы. Опарин назвал эти структуры протобионтами.

По мере того, как протобионты увеличивали свою сложность, они приобретали новые возможности для передачи генетической информации, и Опарин дал название эубионтов этим более продвинутым формам..

Миллер и Юри эксперимент

В 1953 году, после постулатов Опарина, исследователи Стэнли Л. Миллер и Гарольд С. Юри разработали серию экспериментов для проверки образования органических соединений из простых неорганических материалов..

Миллеру и Юри удалось создать экспериментальный дизайн, который моделировал пребиотические среды в условиях, предложенных Опарином, в небольшом масштабе, получая ряд соединений, таких как аминокислоты, жирные кислоты, муравьиная кислота, мочевина и другие..

Генетический материал протобионтов

Мир РНК

Согласно гипотезе нынешних молекулярных биологов, протобионты несли молекулы РНК вместо молекул ДНК, что позволило им копировать и хранить информацию.

Помимо того, что РНК играет фундаментальную роль в синтезе белка, она также может вести себя как фермент и проводить реакции катализа. Из-за этой характеристики РНК является указанным кандидатом на роль первого генетического материала у протобионтов.

Молекулы РНК, способные проводить катализ, называются рибозимами и могут делать копии с комплементарными последовательностями коротких участков РНК и опосредовать процесс сплайсинг, устранение разделов последовательности.

Протобионт, у которого внутри находилась каталитическая молекула РНК, отличался от аналогов, у которых не было этой молекулы..

В случае, если протобионты могут расти, делиться и передавать РНК своим потомкам, дарвиновские процессы естественного отбора могут быть применены к этой системе, и протобионты с молекулами РНК увеличат их частоту в популяции..

Хотя появление этого протобиона может быть очень маловероятным, необходимо помнить, что в водоемах первобытной земли могли существовать миллионы протобионтов..

Внешний вид ДНК

ДНК является гораздо более стабильной двухцепочечной молекулой по сравнению с молекулой РНК, которая является хрупкой и неточно реплицируется. Это свойство точности с точки зрения репликации стало более необходимым, поскольку геномы протобионтов увеличились в размерах.

В Принстонском университете исследователь Фриман Дайсон предлагает, чтобы молекулы ДНК могли быть короткими структурами, помогая в их репликации случайными аминокислотными полимерами с каталитическими свойствами.

Это раннее размножение может происходить внутри протобионтов, которые хранили большое количество органических мономеров..

После появления молекулы ДНК РНК может начать играть свою нынешнюю роль в качестве посредников трансляции, создавая тем самым «мир ДНК»..

ссылки

1. Альтштейн А. Д. (2015). Гипотеза о гене: мир нуклеопротеинов и как началась жизнь. Биология Директ, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G. & Byers, B.E. (2003). Биология: Жизнь на Земле. Образование Пирсона.
3. Кэмпбелл, А. Н. и Рис, Дж. Б. (2005). биология. Редакция Панамерикана Медикал.
4. Гама, М. (2007). Биология 1: конструктивистский подход. Пирсон Образование.
5. Schrum, J.P., Zhu, T.F. & Szostak, J.W. (2010). Истоки клеточной жизни. Перспективы Колд Спринг Харбор в биологии, a002212.
6. Stano, P. & Mavelli, F. (2015). Модели протоклеток в происхождении жизни и синтетической биологии. жизнь, 5(4), 1700-1702.