PROTOBIONTS: OPRINDELSE OG EGENSKABER - BIOLOGI - 2025

De protobionts er biologiske komplekser ifølge til nogle hypoteser vedrørende livets oprindelse, forud cellerne. Ifølge Oparín er dette molekylære aggregater omgivet af en semipermeabel lipidmembran eller en lignende struktur.

Disse biotiske molekylaggregater var i stand til at præsentere en enkel reproduktion og en metabolisme, der formåede at opretholde den kemiske sammensætning af det indre af membranen forskellig fra dens ydre miljø.

Kilde: pixabay.com

Nogle eksperimenter, der blev udført i laboratoriet af forskellige forskere, har afsløret, at protobionter spontant kunne dannes ved anvendelse af organiske forbindelser, der er oprettet fra abiotiske molekyler som byggesten.

Eksempler på disse eksperimenter er dannelsen af ​​liposomer, som er aggregeringer af små dråber omgivet af membraner. Disse kan dannes, når lipider sættes til vand. Det sker også, når der tilføjes andre typer organiske molekyler.

Det kan ske, at liposomlignende dråber blev dannet i damme i prebiotiske tider, og disse tilføjede tilfældigt nogle polymerer af aminosyrer.

I tilfælde af at polymererne gjorde visse organiske molekyler permeable for membranen, ville det være muligt selektivt at inkorporere de nævnte molekyler.

Egenskaber og egenskaber

De formodede protobionter kunne dannes fra hydrofobe molekyler, der var organiseret i form af et dobbeltlag (to lag) på overfladen af ​​en dråbe, der minder om lipidmembranerne, der findes i moderne celler.

Af Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, fra Wikimedia Commons

Semipermeable membraner

Da strukturen er selektivt permeabel, kan liposomet kvælde eller tømme ud afhængigt af koncentrationen af ​​opløste stoffer i mediet.

Det vil sige, at hvis liposomet udsættes for et hypotonisk miljø (koncentrationen inde i cellen er højere), kommer vand ind i strukturen og hævede liposomet. I modsætning hertil, hvis mediet er hypertonisk (koncentrationen af ​​cellen er lavere), bevæger vandet sig mod det ydre medium.

Denne egenskab er ikke unik for liposomer, den kan også anvendes til de faktiske celler i en organisme. For eksempel, hvis røde blodlegemer udsættes for et hypotonisk miljø, kan de eksplodere.

ophidselse

Liposomer kan lagre energi i form af et membranpotentiale, som er en spænding over overfladen. Strukturen kan aflade spænding på en måde, der minder om den proces, der forekommer i nerveceller i nervesystemet.

Liposomer har adskillige egenskaber ved levende organismer. Det er dog ikke det samme som at påstå, at liposomer lever.

Oprindelse

Der er en lang række hypoteser, der søger at forklare livets oprindelse og udvikling i et prebiotisk miljø. De mest fremragende postulater, der diskuterer oprindelsen af ​​protobionts, vil blive beskrevet nedenfor:

Oparin og Haldane hypotese

Hypotesen om biokemisk udvikling blev foreslået af Alexander Oparin i 1924 og af John DS Haldane i 1928.

Dette postulat antager, at den prebiotiske atmosfære manglede ilt, men reducerede kraftigt med store mængder brint, der førte til dannelse af organiske forbindelser takket være tilstedeværelsen af ​​energikilder.

I henhold til denne hypotese, mens jorden afkøles, kondenserede damp fra vulkanudbrud, udfældede som kraftige og konstante regn. Da vandet faldt, bar det med salte og andre forbindelser, hvilket gav anledning til den berømte primalsuppe eller næringssucces.

I dette hypotetiske miljø kan der dannes store molekylære komplekser kaldet prebiotiske forbindelser, hvilket giver anledning til stadig mere komplekse cellulære systemer. Oparin kaldte disse strukturer protobionter.

Da protobionts voksede i kompleksitet, fik de nye evner til at overføre genetisk information, og Oparin gav navnet eubionts til disse mere avancerede former.

Miller og Urey eksperimenterer

I 1953, efter Oparin-postulaterne, gennemførte forskerne Stanley L. Miller og Harold C. Urey en række eksperimenter for at verificere dannelsen af ​​organiske forbindelser ud fra enkle uorganiske materialer.

Miller og Urey formåede at skabe et eksperimentelt design, der simulerede prebiotiske miljøer med betingelserne, der blev foreslået af Oparin i mindre skala, og det lykkedes dem at få en række forbindelser såsom aminosyrer, fedtsyrer, myresyre, urinstof, blandt andre.

Genetisk materiale af protobionts

RNA verden

Ifølge hypoteserne fra de nuværende molekylærbiologer bar protobionter RNA-molekyler i stedet for DNA-molekyler, som gjorde det muligt for dem at replikere og lagre information.

Ud over at have en grundlæggende rolle i proteinsyntesen, kan RNA også opføre sig som et enzym og udføre katalysereaktioner. På grund af denne egenskab er RNA en indikeret kandidat til at være det første genetiske materiale i protobionts.

RNA-molekyler, der er i stand til katalyse, kaldes ribozymer og kan kopiere med komplementære sekvenser af korte strækninger af RNA og formidle splejsningsprocessen og eliminere strækninger af sekvensen.

En protobiont, der havde et katalytisk RNA-molekyle inde i det, varierede fra dets homologer, der manglede dette molekyle.

I tilfælde af at protobiont kunne vokse, opdele og overføre RNA til dets afkom, kan processerne med Darwinian naturlig selektion anvendes til dette system, og protobionterne med RNA-molekyler ville øge deres frekvens i populationen.

Selvom udseendet af denne protobiont kan være meget usandsynligt, er det nødvendigt at huske, at millioner af protobionts kan have eksisteret i vandene i den tidlige jord.

Udseende af DNA

DNA er et meget mere stabilt dobbeltstrenget molekyle sammenlignet med RNA-molekylet, som er skrøbeligt og gentages upræcist. Denne egenskab af nøjagtighed med hensyn til replikation blev mere nødvendig, efterhånden som genomerne af protobionterne steg i størrelse.

Ved Princeton University foreslår forsker Freeman Dyson, at DNA-molekyler kunne have været korte strukturer, hjulpet med deres replikation af polymerer af tilfældige aminosyrer med katalytiske egenskaber.

Denne tidlige replikation kunne forekomme i protobionter, der havde opbevaret store mængder organiske monomerer.

Efter udseendet af DNA-molekylet kunne RNA begynde at spille sine nuværende roller som mellemmænd til oversættelse og således skabe "DNA's verden".

Referencer

1. Altstein, AD (2015). Progenhypotesen: nukleoproteinverdenen og hvordan livet begyndte. Biologi direkte, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Life on Earth. Pearson uddannelse.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologi. Redaktionel Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologi 1: en konstruktivistisk tilgang. Pearson Uddannelse.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Oprindelsen af ​​cellulært liv. Cold Spring Harbour-perspektiver i biologi, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protoceller modeller med livets oprindelse og syntetisk biologi. Life, 5 (4), 1700-1702.