Ewolucja 8. BIOGENEZA. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

Podobne dokumenty
Ewolucja 8. BIOGENEZA. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

Początki życia na Ziemi

Początki życia na Ziemi

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

EKOLOGIA. Początek Wszechświata. Historia Ziemi. Historia świata w pigułce

WSTĘP DO BIOLOGII. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

WSTĘP DO BIOLOGII. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Powstanie i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

6. Z pięciowęglowego cukru prostego, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego, jest zbudowany A. nukleotyd. B. aminokwas. C. enzym. D. wielocukier.

CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A. imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :.

Materiały dydaktyczne do kursów wyrównawczych z przedmiotu biologia

Powstanie i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

Kombinatoryczna analiza widm 2D-NOESY w spektroskopii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego cząsteczek RNA. Marta Szachniuk

Różnorodność życia na Ziemi

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

Plan działania opracowała Anna Gajos

Powstanie i najwcześniejsze dzieje życia. Od abiogenezy do LUCA

1. Na podanej sekwencji przeprowadź proces replikacji, oraz do obu nici proces transkrypcji i translacji, podaj zapis antykodonów.

Powstanie i najwcześniejsze dzieje życia. Od abiogenezy do LUCA

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

Bliskie spotkania z biologią. METABOLIZM część II. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Chemiczne składniki komórek

PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

Translacja i proteom komórki

Procesy biotransformacji

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Reakcje zachodzące w komórkach

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Wykład 1. Od atomów do komórek

GLOBALNE CYKLE BIOGEOCHEMICZNE pierwiastki życia

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości.

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Scenariusz lekcji przyrody/biologii (2 jednostki lekcyjne)

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

Powstanie i ewolucja informacji genetycznej

Powstanie i ewolucja informacji genetycznej

Wykład 14 Biosynteza białek

Proplastydy. Plastydy. Chloroplasty biogeneza. Plastydy

Spis treści. 1. Wiadomości wstępne Skład chemiczny i funkcje komórki Przedmowa do wydania czternastego... 13

Powstanie i ewolucja informacji genetycznej

Geny i działania na nich

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

Numer pytania Numer pytania

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

CHEMICZNY SKŁAD ORGANIZMÓW

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

OPTYMALNY POZIOM SPOŻYCIA BIAŁKA ZALECANY CZŁOWIEKOWI JANUSZ KELLER STUDIUM PODYPLOMOWE 2011

Powstanie i ewolucja informacji genetycznej

PODSTAWY BIOTECHNOLOGII

Marek Kudła. Rybozymy. RNA nośnik informacji i narzędzie katalizy enzymatycznej

wielkość, kształt, typy

Nazwy pierwiastków: ...

FOSFOR. w litosferze. apatyty: Ca 5 (PO 4 ) 3. fluoroapatyty hydroksyapatyty chloroapatyty

Mechanizmy działania i regulacji enzymów

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

BADANIE WYNIKÓW NAUCZANIA Z CHEMII KLASA I GIMNAZJUM. PYTANIA ZAMKNIĘTE.

SEMINARIUM 8:

SKUTKI POWSTANIA JĄDRA (jak działa genom?)

Oddychanie komórkowe. Pozyskiwanie i przetwarzanie energii w komórkach roślinnych. Oddychanie zachodzi w mitochondriach Wykład 7.

Wykład 12 Kwasy nukleinowe: budowa, synteza i ich rola w syntezie białek

Świat chemii cz. 1, rok szkolny 2016/17 Opis założonych osiągnięć ucznia

Chmura pyłu nad wulkanem Eyjafjoll, Fot. Jon Gustafsson AP

Powstanie i najwcześniejsze dzieje życia. Od abiogenezy do LUCA

POWSTANIE I EWOLUCJA ŻYCIA

Ewolucja informacji genetycznej

Zagadnienia. Budowa atomu a. rozmieszczenie elektronów na orbitalach Z = 1-40; I

prawo czynników ograniczających Justus von Liebig

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej w poszczególnych tematach podręcznika Chemia Nowej Ery dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej z chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Na początek przyjrzymy się więc, jak komórka rośliny produkuje ATP, korzystając z energii światła w fazie jasnej fotosyntezy.

Składniki diety a stabilność struktury DNA

(węglowodanów i tłuszczów) Podstawowym produktem (nośnikiem energii) - ATP

Wykład: 2 JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY. Jądro komórkowe. Prof. hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej.

Uczeń potrafi. Dział Rozdział Temat lekcji

Zadanie 5. (2 pkt) Schemat procesu biologicznego utleniania glukozy.

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

Informacje. Kontakt: Paweł Golik, Ewa Bartnik. Instytut Genetyki i Biotechnologii, Pawińskiego 5A.

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

V KONKURS CHEMICZNY 23.X. 2007r. DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO Etap I czas trwania: 90 min Nazwa szkoły

Nośnikiem informacji genetycznej są bardzo długie cząsteczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C

Zadanie 3. (2 pkt) Uzupełnij zapis, podając liczbę masową i atomową produktu przemiany oraz jego symbol chemiczny. Th... + α

Transkrypt:

Ewolucja 8. BIOGENEZA Jerzy Dzik Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW 2016

fosforyty formacji Doushantuo 600 mln lat MIKROORGANIZMY prekambru Paramecia różnorodne cysty wiciowców Paratetraphycus drobnokomórkowe krasnorosty wielkokomórkowe prokarioty cysty i/lub phycoma Dictosphaera Meghystrichosphaeridium Parapandorina bakterie siarkowe? potwierdzają pierwotność krasnorostów krasnorosty Yuan et al. (2002) Sarcinophycus

ANATOMIA pierwotnej komórki tetrada mejotyczna? 950 mln lat formacja Lakhanda Syberia wspólny przodek eukariotów miał mitochondria i płeć być może również chloroplasty wici późniejsze od krasnorostów? Bangiomorpha formacja Hunting Kanada 1,2 mld lat przodkami chloroplastów a może i eukariotów są sinice Butterfield (2000)

UBOCZNY produkt fotolizy wody 0,8 mld lat formacja Bitter Springs Australia Schopf (1980) wapienne budowle sinicowe dominowały w świecie prekambu heterocysty chronią kompleks nitrogenazy przed tlenem i są dowodem jego obecności sinice stworzyły atmosferę tlenową stromatolity 560 Ma Syberia

TLEN w atmosferze Marble Bar Chert, Australia 3,46 mld lat przedtem piasek mógł powstawać z minerałów nieodpornych na utlenienie zakwity przyczyną wytrącania żelaza tlen toksycznym czynnikiem mutagenezy tlen w atmosferze nadał ewolucji nowy kierunek Rowan & Jefferson (2009)

Cavalier-Smith (2010) SKUTKI fotolizy wody podobieństwa molekularne wspierają pierwotność sinic i wtórność archeobakterii nie ma pierwotnych termofilów dwie błony komórkowe zapewniają rezerwuar energii chemicznej

GRADIENT protonów przez błonę CZAS GEOLOGICZNY translokaza ATPaza ATPaza typu F typu V (syntaza ATP) translokaza białkowa błona z kanałami białkowymi dała możliwość magazynowania energii w gradiencie protonów rotująca syntaza ATP wykorzystuje tę energię kanał błonowy helikaza RNA translokaza RNA RNA białko pochodzenie syntazy ATP Mulkidjanian et al. (2007) syntaza ATP z prostszych enzymów komórek sprzed LUCA

WŁAŚCIWOŚCI wspólnego przodka (LUCA) kataliza przez białka (enzymy) ich struktura odczytywana z mrna dziedziczną informację przechowuje DNA wszystkie posługują się takim samym (prawie) kodem genetycznym Gunflint, Kanada 1,9 mld lat Campbellrand, RPA 2,5 mld lat wewnątrz lipidowej błony (komórki) Altermann & Kaźmierczak (2003) skamieniałe ściany komórkowe nie poprzedzają atmosfery tlenowej

PSEUDOFOSYLIA archaiku Schopf (2006) Marshall et al. (2011) niewątpliwe skamieniałości od 2,0 Ga starsze to artefakty identyczne struktury znajdowane są w hydrotermalnych skałach o toksycznym składzie wzbogacenie w 12 C większe w procesach abiotycznych niż w cyklu Calvina pseudofosylia (pęknięcia kwarcu wypełnione hematytem) 3,4 Ga krzemień Apex Australia nie wiadomo więc kiedy powstała błona komórkowa

KOACERWATY a błona komórkowa błona fosfolipidowa pęcherzyki koloidów przypominają liposomy idea adaptowana przez A.I. Oparina dla uzasadnienia spontanicznej genezy komórki ale bez białkowych kanałów błona lipidowa jest nieprzepuszczalna dla substratów życia koacerwat Bunkenberg de Jong, H.G. & Kruyt, H.R. 1929. Coacervation (partial miscibility in coloid systems. Proceedings of the Royal Academy of Sciences, Amsterdam 32, 849-856. Aleksandr I. Oparin (1894-1980) Опарин, А. И. 1924. Происхождение жизни. zatem nie mogło być komórki przed powstaniem translacji

GENEZA translacji trna antykodon synteza białek wymaga nośnika aminokwasów trna zdolnego do odczytania informacji zapisanej na łańcuchu nukleotydowym mrna a także katalizy przy udziale rybosomów rrna DNA powstało jako dodatkowy nośnik dziedziczności dla zapewnienia trwałości przekazu kluczowym elementem translacji jest kod genetyczny

POWSTANIE kodu genetycznego ewolucyjna rozbudowa trna komplementarne pary antykodonów i substratów reakcji Sticklanda aminokwasy pierwotnym źródłem energii (dla ATP) reakcja fermentacji Sticklanda par aminokwasów: jeden utleniany (np. Ala), drugi redukowany (Gly) de Vladar (2012) reakcja Sticklanda czyżby kod genetyczny powstał przed białkami?

KOEWOLUCJA kodu genetycznego i aminokwasów Jeffrey Tze-fei Wong (1937-) 1976 Jeffrey Tze-fei Wong: podobieństwa liter kodu nakładają się na powiązania między aminokwasami na początku było zbyt mało rodzajów aminokwasów do syntezy dobrych enzymów nie białka były więc pierwszymi katalizatorami wymiany pojedynczych nukleotydów zatem co? Wong (1976)

RYBOZYMY katalityczne RNA Tetrahymena modelowy orzęsek Thomas R. Cech (1947-) 1982 odkrycie katalitycznego RNA splicing rybosomów Tetrahymena autokatalizowany (a więc przez RNA) bez enzymów stopniowo coraz więcej przykładów katalitycznych i regulacyjnych funkcji RNA niebywałe uproszczenie koncepcji życia!

KATALIZA powielania bez enzymów sztucznie wyselekcjonowany rybozym katalizujący powielanie RNA RNA może wypełniać równocześnie rolę nośnika dziedziczności i katalizatora (rybozymu) zatem udział białek w procesach życia niekonieczny życie jest możliwe bez kodu genetycznego nie było potrzeby stwarzania życia od razu w całej jego złożoności

PRAWDOPODOBIEŃSTWO przypadkowego powstania życia prawdopodobieństwo przypadkowego powstania peptydu ze 100 aminokwasów wynosi 10-130 a jego układu z polinukleotydem 10-330 1969 Ilya Prigogine: samoorganizacja (struktury dysypatywne) w niezrównoważonym układzie otwartym przy stałym dopływie energii Ilya Prigogine Илья Р. Пригожин (1917-2003) zbyt złożone pierwsze układy żywe byłyby zresztą nietwałe

NIETRWAŁOŚĆ układów autokatalitycznych hipercykl Manfred Eigen (1927-) koncepcja hipercykli, jako krzyżowego łączenia układów (1971) przy niskiej efektywności autokatalizy i dziedziczenia nie ma czasu na ewolucję układ rozpadnie się, zanim zadziała dobór; złożoność zwiększa prawdopodobieństwo rozpadu krzyżowa kataliza miałaby ograniczać konkurencje między krótkimi cyklami niezbędna właściwa proporcja między mutagenezą a selekcją

ZAGROŻENIE katastrofą Eigena zbyt częste mutacje uniemożliwiają trwałe wprowadzanie informacji funkcjonalnej drogą selekcji po przekroczeniu granic dopuszczalnej intensywności mutagenezy nastąpić musi "katastrofa Eigena" niestabilnej rybozy nie mogło być w pierwszym nośniku dziedziczności

MOLEKUŁY życia nietrwałe podwójnie związany tlen przekształca się w resztę alkoholową, reszta alkoholowa w eter adenina A puryny guanina G cytozyna C pirymidyny uracyl U ryboza mało efektywna autokataliza biogenezy wymagała czasu dla trwałości DNA uracyl zastąpiony przez tyminę ryboza jest nietrwała nawet jako cykliczny izomer ale ryboza nie jest niezbędna do syntezy nukleotydów

SYNTEZA RNA bez rybozy aldehyd glikolowy cyjanoamid 2-aminooksyazol Powner et al. (2009) najprostszy cukier aldehyd glikolowy nukleotyd w połączeniu z cyjanoamidem buforowany i katalizowany przez jony fosforanowe daje związek, który w sieci reakcji może utworzyć nukleotyd pirymidynowy UV i spontaniczna destylacja mogły oczyszczać i koncentrować zupę

SYMULACJA abiogenezy Stanley L. Miller (1930-2007) 1952 symulacja pierwotnego bulionu aminokwasy, pentozy i puryny mogą powstawać samorzutnie proste związki organicznie mogą powstawać spontanicznie w warunkach redukcyjnych, wysokiej temperatury i ciśnienia Friedrich Wöhler (1800-1882) 1828 synteza mocznika ale procesy życiowe wymagają uporządkowania

ŻYCIE na podłożu mineralnym kompleksy FeS z cysteiną w enzymach beztlenowego transportu elektronów Günther Wächtershäuser (1938-) 1987 koncepcja pierwotnej pizzy substraty pierwotnego życia musiały być skoncentrowane absorbcja na powierzchni mineralnego kryształu ułatwia polimeryzację i uporządkowuje przestrzennie procesy być może były to glinokrzemiany (minerały ilaste), ale piryt (FeS 2 ) daje też możliwość pozyskania źródła energii biologiczna ważność siarki (tioestry) i żelaza potwierdza rolę pirytu

CHEMOAUTOTROFIA przedkomórkowa pierwszym źródłem energii do procesów biologicznych mogła być synteza pirytu piryt FeS + H 2 S Fe S 2 + H 2 HCO 3 + FeS + H 2 S HCOO + FeS 2 + H 2 O bilans energetyczny reakcji dodatni reakcja wymaga katalizy G = 37,1 kj/mol jak dawno temu miało to miejsce?

DATOWANIE zdarzeń geologicznych SEM tempo rozpadu pierwiastków promieniotwórczych umożliwia określenie wieku warstw skalnych np. przy znanym udziale 14 C w przyrodzie i okresie połowicznego rozpadu 5730 lat, datowanie do 60 ka 238 U (rozpad 4510 ka) uwięziony w krystalizujących w magmie cyrkonach ZrSiO 4 do całej historii Ziemi najstarsze cyrkony (redeponowane) 4,3 Ga najstarsze skały osadzone z wody 3,8 Ga cyrkon w cyrkonach zapisana też informacja o środowisku

Trail et al. (2011) ŚRODOWISKO początków życia najstarszy cyrkon Jack Hills Australia 4,4 Ga (termoluminescencja) stopień utlenienia ceru (Ce 4+ /Ce 3+ ) w kryształach cyrkonu 4,4 Ga wskazuje na utlenienie hydrosfery takie jak dziś choć bez udziału wolnego tlenu głównymi składnikami atmosfery były więc CO 2, SO 2 i N 2 życie możliwe tylko w roztworze ciekłej wody

POCZĄTKI hydrosfery Sleep & Hessler (2006) konglomerat z otoczakami krzemienia grupa Moodies, Afryka Płd. 3,2 Ga otoczaki (z wody) w konglomeratach od 3,2 Ga ocean kwaśny metale w enzymach tworzą siarczki rozpuszczalne w takim środowisku (Fe, Mn, Zn, Co, Ni) inne siarczki (Pb, Hg, Sn, As, Sb, Bi, Cd, Cu, Ag) są truciznami; miedź dopiero u organizmów tlenowych być może życie powstawało w warunkach nieaktualistycznych

ZIEMIA bez kontynentów zmetamorfizowany komatyt trudno się topi, bo dużo Mg pierwsze stromatolity hydrotermalne lawy komatytowe (topnienie 1700 C bazalt 1200 C) dowodzą intensywnego dryfu kontynentów późniejsze stygnięcie wyniosło kontynenty do góry wraz z diamentami powstałymi na głębokości 120 km wiek meteorytów ogranicza możliwy wiek Ziemi do 4,5 mld lat

Fritz & Fernandez (2012) GRANICA zapisu kopalnego datowanie szkliw impaktowych z Księżyca) Gerald J. Wasserburg (1927-) 1971 koncepcja late haevy bombardment datowania kraterów na Księżycu dowodzą intensywnego bombardowania aż do 3,8 mld lat życie na Ziemi nie może być dawniejsze wcześniejsze zdarzenia wymazane z zapisu

EWOLUCJA ŻYCIA NA ZIEMI zapis kopalny skamieniałości dokumentują tylko ewolucję z tlenem dane geologiczne sporne teoria pochodzenia życia wciąż niekompletna