PROTOBIONTAI: KILMĖ IR SAVYBĖS - BIOLOGIJA - 2025

Kad protobionts yra biologiniai kompleksai pagal į kai hipotezes, susijusių su gyvenimo kilmę, prieš ląsteles. Pasak Oparino, tai yra molekuliniai agregatai, apsupti pusiau pralaidžios lipidų membranos arba į ją panašios struktūros.

Šie biotiniai molekuliniai agregatai galėjo pateikti paprastą reprodukciją ir metabolizmą, kuris sugebėjo išlaikyti membranos vidaus cheminę sudėtį, kuri skiriasi nuo jo išorinės aplinkos.

Šaltinis: pixabay.com

Kai kurie skirtingų tyrėjų laboratorijoje atlikti eksperimentai atskleidė, kad protobiontai galėjo susiformuoti spontaniškai, naudodami organinius junginius, pagamintus iš abiotinių molekulių.

Šių eksperimentų pavyzdžiai yra liposomų susidarymas, tai yra membranomis apsuptų mažų lašelių sankaupos. Jie gali susidaryti, kai lipidai pridedami prie vandens. Taip pat atsitinka, kai pridedama kitų tipų organinių molekulių.

Gali atsitikti taip, kad lipozomų tipo lašeliai susidarė prebiotinių laikų tvenkiniuose ir juose atsitiktinai buvo įterpti kai kurie aminorūgščių polimerai.

Tuo atveju, kai dėl polimerų tam tikros organinės molekulės bus pralaidžios membranai, bus įmanoma selektyviai įtraukti šias molekules.

Savybės ir savybės

Tariamus protobiontus buvo galima formuoti iš hidrofobinių molekulių, kurios lašo paviršiuje buvo išdėstytos dvisluoksniu (dviem sluoksniais) pavidalu, primenančiomis lipidų membranas, esančias šiuolaikinėse ląstelėse.

Autorius: Mariana Ruiz Villarreal, „LadyofHats“, iš „Wikimedia Commons“

Pusiau pralaidžios membranos

Kadangi struktūra yra selektyviai pralaidi, liposoma gali išsipūsti ar ištuštinti, priklausomai nuo tirpių medžiagų koncentracijos terpėje.

Tai yra, jei liposoma yra veikiama hipotoninės aplinkos (koncentracija ląstelės viduje yra didesnė), vanduo patenka į struktūrą, išbrinksta liposomą. Priešingai, jei terpė yra hipertoninė (ląstelės koncentracija yra mažesnė), vanduo juda link išorinės terpės.

Ši savybė būdinga ne tik liposomoms, bet ir dabartinėms organizmo ląstelėms. Pavyzdžiui, jei raudonieji kraujo kūneliai yra veikiami hipotoninės aplinkos, jie gali sprogti.

Jaudrumas

Liposomos gali kaupti energiją membranos potencialo pavidalu, tai yra įtampa visame paviršiuje. Struktūra gali iškrauti įtampą tokiu būdu, kuris primena procesą, vykstantį nervų sistemos nervų ląstelėse.

Liposomos turi keletą gyvų organizmų savybių. Tačiau tai nėra tas pats teiginys, kad liposomos yra gyvos.

Kilmė

Yra daugybė hipotezių, kuriomis siekiama paaiškinti gyvenimo kilmę ir raidą prebiotinėje aplinkoje. Toliau bus aprašyti ryškiausi postulatai, kuriuose aptariama protobiontų kilmė:

Oparino ir haldano hipotezė

Biocheminės evoliucijos hipotezę pasiūlė Aleksandras Oparinas 1924 m. Ir Johnas DS Haldane'as 1928 m.

Šis postulatas daro prielaidą, kad prebiotinėje atmosferoje trūko deguonies, bet stipriai redukuodavo, nes susidarė daug vandenilio, dėl kurio susidarė organiniai junginiai, nes buvo energijos šaltiniai.

Remiantis šia hipoteze, atvėsus žemei, kondensavosi ugnikalnių išsiveržimų garai, kurie iškrito kaip stiprūs ir nuolatiniai lietūs. Kai vanduo nukrito, jame buvo mineralinių druskų ir kitų junginių, iš kurių atsirado garsioji primal sriuba arba maistinis sultinys.

Šioje hipotetinėje aplinkoje galėtų susidaryti dideli molekuliniai kompleksai, vadinami prebiotiniais junginiais, dėl kurių atsirastų vis sudėtingesnės ląstelių sistemos. Oparinas šias struktūras vadino protobiontais.

Padidėjus protobiontų sudėtingumui, jie įgijo naujų gebėjimų perduoti genetinę informaciją, o Oparinas šioms sudėtingesnėms formoms suteikė pavadinimą eubiontai.

Milleris ir Urey eksperimentas

Po Oparino postulato 1953 m. Tyrėjai Stanley L. Milleris ir Haroldas C. Urey atliko daugybę eksperimentų, siekdami patikrinti organinių junginių susidarymą, pradedant nuo paprastų neorganinių medžiagų.

Milleriui ir Urey pavyko sukurti eksperimentinį planą, kuriame imitavo prebiotinę aplinką Oparino pasiūlytomis sąlygomis nedideliu mastu, pavyko gauti junginių, tokių kaip amino rūgštys, riebalų rūgštys, skruzdžių rūgštis, karbamidas, seriją.

Protobiontų genetinė medžiaga

RNR pasaulis

Remiantis dabartinių molekulinių biologų hipotezėmis, protobiontai vietoj DNR molekulių nešė RNR molekules, kurios leido jiems atkartoti ir saugoti informaciją.

Be to, kad RNR vaidina svarbų vaidmenį baltymų sintezėje, ji taip pat gali veikti kaip fermentas ir vykdyti katalizės reakcijas. Dėl šios savybės RNR yra kandidatas, kuris yra pirmoji genetinė medžiaga protobiontuose.

RNR molekulės, galinčios katalizuotis, yra vadinamos ribozimėliais ir gali daryti kopijas su papildomomis sekomis, turinčiomis trumpus RNR ruožus, ir tarpininkauti splaisingo procesui, pašalinant sekos ruožus.

Protobiontas, kurio viduje buvo katalizinė RNR molekulė, skyrėsi nuo homologų, kuriems šios molekulės trūko.

Jei protobiontas galėtų augti, padalinti ir perduoti RNR savo palikuonims, šioje sistemoje gali būti taikomi darvinizmo natūralios atrankos procesai, o protobiontai su RNR molekulėmis padidintų jų dažnį populiacijoje.

Nors šio protobionto pasirodymas gali būti labai mažai tikėtinas, būtina atsiminti, kad milijonai protobiontų galėjo egzistuoti ankstyvojo žemės vandens telkiniuose.

DNR išvaizda

DNR yra žymiai stabilesnė dvigubos grandinės molekulė, palyginti su RNR molekulėmis, kuri yra trapi ir replikuojasi netiksliai. Ši replikacijos tikslumo savybė tapo būtina, nes padidėjo protobiontų genomai.

Prinstono universitete tyrėjas Freemanas Dysonas siūlo, kad DNR molekulės galėjo būti trumpos struktūros, padedančios replikuoti katalizinių savybių turinčių atsitiktinių aminorūgščių polimerais.

Ši ankstyva replikacija gali įvykti protobiontuose, kuriuose buvo sukaupta daug organinių monomerų.

Pasirodžius DNR molekulei, RNR galėtų pradėti vykdyti savo dabartinius vaidmenis kaip tarpininkai vertimo procese ir taip sukurti „DNR pasaulį“.

Nuorodos

1. Altstein, AD (2015). Progeno hipotezė: nukleoproteinų pasaulis ir kaip prasidėjo gyvenimas. „Biology Direct“, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologija: gyvenimas žemėje. Pearsono išsilavinimas.
3. Campbell, AN, ir Reece, JB (2005). Biologija. Redakcija Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). 1 biologija: konstruktyvistinis požiūris. „Pearson Education“.
5. Schrum, JP, Zhu, TF ir Szostak, JW (2010). Ląstelinio gyvenimo ištakos. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, a002212.
6. Stano, P., ir Mavelli, F. (2015). Protoelementų modeliai gyvybės kilmėje ir sintetinėje biologijoje. Gyvenimas, 5 (4), 1700–1702.