POCZĄTKI ŻYCIA NA ZIEMI. Agnieszka Hałas, WFiIS, AGH Kraków V Seminarium Fizyki Biomolekularnej i Medycznej Kraków 2009

Transkrypt

1 POCZĄTKI ŻYCIA NA ZIEMI Agnieszka Hałas, WFiIS, AGH Kraków V Seminarium Fizyki Biomolekularnej i Medycznej Kraków 2009

2 JAK SIĘWSZYSTKO ZACZĘŁO? -14mld lat BigBang Czas0 10s-32s -> wszechświatrozmiarów pomarańczy, T=10 25 K 1s 3min -> nukleosynteza -13mld lat Powstajągwiazdyi galaktyki -4,6mld lat- Słońce -4,55mld lat-powstanie planet-ziemi -4,2-4mld lat Ziemia jest bombardowanaprzezmeteorytyi astreoidy

3 Atmosfera : CO 2, H 2 O, N 2, NO x, H 2 Deszcze napełniają oceany Erozja, wulkany-> wody wzbogacająsięw pierwiastki. Powstająkwaśne wody (jeziora wulkaniczne) z dużąilościąrozpuszczonych związkównp.(fe 2+, H 2 S) (T>100 C, wysokie ciśnienie )

4 -3,8mld lat - Początki życia na Ziemi -3,7mldlat -Najstarsze ślady życia: Stromatolity(efekt uboczny życia sinic). -2mldlat-Organizmy wykorzystujące chlorofil -1,7mldlat-Atmosfera wzbogaca sięw O 2 i ozon -1,5mldlat-pierwsze komórki eukariotyczne

5 99.9 % substancji wszystkich znanych organizmów zywych jestzbudowanaz4 pierwiastków: C, H, O, N (CHON), któresątakże najbardziej obecne we wszechświecie. DRZEWO FILOGENETYCZE LUCA

6 LUCA (Last Common Unique Ancestor) (Zamieszkiwał Ziemię 3,5 mld lat temu???) -Podobny do bakterii ekstremofilnych posiadał prawdopodobnie WSZYSTKIE CECHY ZNANYCH ŻYWYCH ISTOT: DNA, RNA białka ribozymy ATP mechanizmy odpowiedzialne za oddychanie Enzymy odpowiedzialne za replikacje

7 EKSPERYMENT ŻYCIA NA ZIEMI 1953 : Eksperyment Millera-Urey a Elektrody Deszcz Krany Gazy: CH 4,NH 3, H 2,H 2 O Wyładowania elektryczne zupa pierwotna Możliwość uzyskania prostych podstawowych składników organizmów żywych z materii nieożywionej!!! Woda Źródło ciepła Krople wody

8 Woda Metan Amoniak C H N O Synteza Streckera zupa pierwotna

9 Chemia ozywiona = nieozywiona?? Obserwuje sie chiralnosc molekul biologicznych! Natura wybrala: Według Pasteura przewaga jednej formy oznaczażycie, racemizacja- śmierć! Życie jest asymetryczne ; chemia-symetryczna. Pałeczka okrężnicy E.Coli L-aminokwasy D-cukry Glukoza-L

10 Oparin CH 4, NH 3, CO 2,H 2, H 2 O Haldane. NH 3,CO 2,H 2 O E Monomery organiczne E Polimery organiczne E Duża czastkazdolnado reprodukcji Postulat Trolanda Cząsteczkazdolnado : -autokatalizy(dna) i -heterokatalizy(enzym) czyli: koloidalne kompleksy lipidowobiałkowetzw. "koacerwaty", Gen i białko w jednej cząsteczce! prekursory dzisiejszych komórek? E E???? NASA: życieto samopodtrzymujący się układ chemiczny, który może ulegać darwinowskiej ewolucji.

11 Co było pierwsze, jajko czy kura? DNAzawiera przepis na budowębiałka. Ale tej informacji nie da się wykorzystaćani skopiowaćbez pomocy białek. Zatem która z dużych cząsteczek pojawiła się najpierw? RNA może przyjmo- wać formę podwójnej helisy, i wtedy upodabnia się do DNA, albo zwiniętej pojedynczej nici, czym bardziej przypomina białka. Na początku lat osiemdziesiątych naukowcy odkryli rybosomycząsteczki RNA działające jak enzymy Noblista Walter Gilbert napisał: "Można wyobrazić sobie świat RNA zawierający jedynie cząsteczkirna, któresłużądo katalizowaniasyntezysamychsiebie. PROBLEM: sprzecznosc hipotezy z pierwotnymi goracym jeziorami!

12 Życie nie powstało by bez WODY! Wszystkie funkcje w komórkach są realizowaneprzezbiałka jakna przykład transport i przekaz informacji. Aby bialko po transkrypcji RNA moglo funkcjonowac musi osiągąć specyficzną i jedyną 3D formę. Wodama dużąentropię. Kiedyw wodziepojawiasiebiałko (hydrofobowe)organizacja systemu nastepujew takisposobabystracilon jak najmniej entropi. Nastepuje zwijanie bialka tak aby częsci hydrofobowe(szczególnie sercebiałka) nie miały kontaktuz wodą. Bialko w cieczy niepolarnej nie zwija sie ponieważ entropia systemu jest równazero. G= H-T S Gdzie S entropia H entalpia

13 Stabilizacja struktury przez wiazania wodorowe polarnychgłówekz wodą. Amfifilowy charakter lipidów sprawia,że w środowisku wodnym grupująsieone takabyz woda miały konakt tylko części hydrofilowe. Tworzy sie dwuwarstwa lipidów izolujaca i częściowo przepuszczająca czyli błona biologiczna. Stabilizacja struktury przez wiązania wodorowe polarnych główekz wodą. Woda jest także doskonałym buforem termicznym bardzo ważnym dla komórek. Bez tej właściwości maly szok termiczny: denaturacja a i śmierc komórki rki.

14 Świat Nauki, Prostsze początki życia, Robert Shaphiro Teoria pochodzenia życia Michał Surma, ŚWIAT RNA Grzegorz Góralski 1.XI.2002 ewolucja.org Pierre Sebban, chimie prébiotique, orogines de la vie -cours Hubert Reeves «Poussières d étoiles» Les Origines de la vie, Nouveaux Concepts, Nouvelles Questions, Un avant-propos du Pr. Forterre au sujet de la conférence organisée par l'issol: 11th International Conference on the Origine of Life, July 7-12 Orléans, France

15 Dziękujęza uwagę a2

16 Diapositive 15 a2 agnieszka; 13/03/2008