2017. november 24. péntek
Emma, Flóra, Virág
Biotechnológia, molekuláris biológia és élettan az mRNS.hu-n

Az info@mrns.hu-ra küldhet linket vagy valamilyen anyagot, amit szeretne, ha hírként bemutatnánk.


Korábbi híreink  |   Keresés:

Kiválasztott hír:
Megosztás: Add az iWiW-hez Add a Facebook-hoz Add a Twitter-hez Add a Google Reader-hez Add a Startlaphoz
Változó elképzelések az élet eredetéről - 2012-08-29 08:22:41 Hozzászólás írása Hozzászólások száma 0 hozzászólás 
Változó elképzelések az élet eredetéről

Ahhoz, hogy kialakuljon az élet, először szerves és szervetlen anyagok egyesüléséből  ki kellett hogy alakuljanak a megfelelő molekulák.  Amikor a 20. század tudósai elfogadták és kidolgozták J.B.S. Haldane ősleves-elméletét, a feltételezéseik és meggyőzően hangzó kísérleteik nagyrészt az organikus kémia jól megalapozott területeire koncentráltak. Ám a biokémia mint tudományág még igencsak gyerekcipőben járt akkoriban.

Az elméleteik olyanok voltak, mintha idegen lények próbálták volna megmagyarázni az átmenetet a vadászó-gyűjtögető életmódból a civilizációba, anélkül hogy értenék a földművelés szerepét, a munkamegosztást vagy az írástudást.

Lássuk, melyek tehát azok a fő biokémiai újdonságok – az élet eredetével kapcsolatban – amelyeket megismerhettünk, mióta 1969-ben megjelent a Nobel-díjas Melvin Calvin összefoglaló könyve (Kémiai evolúció címmel) a múlt század elegáns elméleteiről.

1.A kezdeti katalizátorok valószínűleg nem fehérjék voltak

Az 1960-as években, az RNS-ek mint katalizátorok és replikátorok szerepe igencsak alulbecsült volt.  Nem ismerték a retrovírusokat, vagy legalább a reprodukciós mechanizmusukat, így a biokémikusok úgy hitték, hogy az információ kizárólag a DNS felől az RNS felé haladhat, és a fehérjéket tekintették kizárólagos biokatalizátoroknak. Miután felfedezték a ribozimeket, és felmerült, hogy a harmadlagos szerkezetű RNS molekulák felgyorsíthatják a saját termelődésüket, feltételezték, hogy ezek voltak az élet első katalizátorai, hiszen kifejlődhettek egyszálú RNS-molekulákból, melyek egyszerűbb szerkezetűek, mint egy DNS- vagy egy fehérjemolekula.

Ám a jelenlegi legnépszerűbb elképzelés, miszerint az RNS-ek voltak az egyedüli ősi replikátorok és katalizátorok, szintén támadás alá került. Alternatív ötlet szerint, az első katalizátorok tartalmazhattak szervetlen ionokat is. A mélytengeri árkok forró vize vas(II)-szulfidban, illetve nikkel(II)-szulfidban gazdag, mindkettő fel tudja gyorsítani a biokémiai reakciókat. Az ott élő baktériumokban és ősbaktériumokban ezek a komponensek fehérjekomplexek részét képezik, s jelentős, exergonikus (energialeadással járó, spontán is végbemenő) reakciók reaktív katalitikus központját alkotják.  

Az árkok mélyéről származó hidrogéngáz reagál a tengerben oldott szén-dioxiddal, és egy szabad Koenzim-A-molekulával is a baktériumsejtben, így víz keletkezik, valamint acetil-CoA. A teljes reakció során 59 kJ energia szabadul fel 2 molekula szén-dioxid felhasználásával, és ez elég arra, hogy ATP keletkezzen. Lane, Allen és Martin egy másik érve az RNS-ek kizárólagossága ellen: minden egyes alkalommal, amikor egy RNS-molekula lemásolja magát az „őslevesben”, csökken a szabad nukleotidok koncentrációja, így a reakció csak úgy mehet tovább sebességcsökkenés nélkül, ha ezek folyamatosan pótlódnak. Ez a tény továbbvezet minket a reakciókhoz szükséges energia kérdéséhez; s nézzük meg kicsit mélyebben a részleteket is!  


2. Az első energiaforrás valószínűleg protongradiens alapján működhetett


 
Ugyanazon az elven, miszerint egy szoba csak folyamatos erőfeszítéssel marad tiszta és pormentes, az élőlények is csak úgy maradhatnak komplex és egyben rendezett formában, ha folyamatosan felhasználható energia-utánpótlás van jelen. Sőt, még mielőtt felmerülne az élet lehetősége, már azelőtt is endergonikus  reakció kell, hogy a legyen (vagyis energiát igényel) a kisebb molekulák nagyobbá alakulása.

Habár az eredeti ősleves-hipotézis elég óvatos volt, és kizárta az oxigént az eredeti anyagkeverékből (mivel az oxidáló légkör tönkretette volna az újonnan létrejött molekulákat, redukáló atmoszférát tételezett fel), az ironikus éppen az, hogy a feltételezett energiaforrások, az ultraibolya fény és a villámok ugyanezt tették volna!

A hatalmas forróság és alacsony pH a vulkanikus mélytengeri árkok mélyén szintén nem alkalmas megfelelő energiát biztosítani. Ám Lane, Miller és Allen rájöttek, hogy van egy bizonyos különleges mélytengeri árok, amely a hőjét a Közép-Atlanti tektonikus lemezek határainál kapja (ez a terület Elveszett Város néven is ismeretes). Itt az olivin ásványból (magnézium és vas-szilikátok keverékének egy fajtája) szerpentin keletkezik (ez pedig vas-hidroxidból és magnézium-szilikátokból áll).


 
Ez reakciósorozat a forrása annak a hidrogéngáznak, amit használnak az előzőekben már említett baktériumok a szén-dioxid megkötése során.

A hidroxidok pedig, amelyek keletkeznek, azért lényegesek, mert ezek - membránok felületének segítségével - természetes pH-gradienst, azaz lényegében feszültségkülönbséget hoznak létre! Mégpedig olyan mértékűt, amely sokkal nagyobb, mint az ősi óceánokban, amelyekben a CO2-koncentráció 1000-szer magasabb volt, mint modern megfelelőiben! Megjegyzendő még, hogy ez a gradiens azzal hasonlítható össze, amelyet a mai sejtek biokémiai folyamatai hoznak létre!

40 évvel ezelőtt ez az elmélet, miszerint kemiozmózis alapú lehetett az élet első energiaforrása, nem terjedt el széles körben, hiszen senki sem tudta, hogy az élet reakcióinak univerzális közvetlen energiaszolgáltató molekulája, az adenozin-trifoszfát (ATP), hogyan készül az ADP-ből.

Vegyük most hozzá, hogy a folyamatos protongradiens-képződés és -kiegyenlítődése elvén működik az ATP-előállítás az élőlények minden rendszertani birodalmában: a légzési eletrontranszport-lánc végén, a fotoszintézis során, és a bakteriális ostorok motorjában is – és így a hipotézis máris kézenfekvő, és a részleteket is feltárták már.




Az ATP-szintáz nevű enzim egy molekuláris gépezet, amelynek „propellerjét” (F0 alegység, a membránban) a protonok hajtják meg, ez utóbbiakat a Coulomb-kölcsönhatások (a protonok taszítják egymást) hozzák mozgásba, miközben az enzim másik (F1) alegysége az ADP-t megköti, majd hozzákapcsolja egy foszfátcsoporthoz, ezután a forgó „nanomasina” elengedi a kész ATP-t.


Rengeteg kísérlet foglalkozik a kezdeti biokémia egyéb részleteivel is:  DiMauro például egy évtizedet töltött az 1-karbonamid, a formamid (H2NCOH) kémiájával, vizsgálva annak reakcióit különböző körülmények között és többféle ásványi katalizátor mellett. Elő tudta állítani mind a négy nukleinsav-bázist, és sokféle karbonsavat. Az vált be a legjobban, amikor 9-10 közötti pH-t használt, és a hőmérséklet 80-160 C között volt – ugyanezek a feltételek találhatók a nem-vulkanikus árkokban.


3. Új baktériumkutatások szerint: túlbecsülték eddig a fermentáció jelentőségét az első sejtekben


Egy 2010-es tanulmány1 szerzői megcáfolják a népszerű elképzelést, miszerint az első sejtek is fermentációt használtak a szerves anyagokból való energia-felszabadításhoz. Amellett, hogy úgy tűnik, a fermentáció egy származtatott, később kialakult anyagcsereútvonal - ha a valódi baktériumokat ősbaktériumokkal hasonlítjuk össze -, jelentős különbségek vannak a fermentációs enzimek génszekvenciáit illetően is. Vagyis, elsőre hasonló kémiai folyamatoknak tűnnek, de valójában tehát az oxigén hiányában végbemenő energia-felszabadulás külön fejlődött a két csoportban, és egymástól függetlenül! Vagyis konvergens evolúcióról van szó, ugyanúgy, mint például az óvilági kutyatejfélék (Euphorbia) és az újvilági kaktuszok (Cactaceae) esetében: hasonló adaptációik vannak, pedig nem rokonok. 
A Clostridium-típusú fermentációk (A Clostridiumok szulfitredukáló baktériumok, közéjük tartozik a tetanuszt okozó is), amelyek megvannak már az ősi leszármazási vonalakban, éppenséggel tartalmazzák a kemiozmózist ist. Iongradienst is használnak a citoplazma-membrán segítségével, valamint egy rotor-stator típusú ATP-áz enzimet is (ezek olyan enzimek, amelyek ATP-t hasítanak ADP-vé, ill. a később majd könnyen leváló foszfátcsoportot ráteszik az addig nem reaktív molekulára). Ugyanez igaz a legtöbb szabadon élő anaerob baktérium fermentációjára.

Következtetések

1969-ben Calvin az írja könyvében: „Amíg korlátoz minket, hogy csak a földi biológiát ismerjük, nehezen lehetünk benne biztosak, hogy pont egy ilyen rendszer alakult ki, amilyet e könyvben leírtam. Kellene találnunk más helyeket az univerzumban, lehetőleg közel, ahol ugyanezek a folyamatok játszódnak le, és nem mentek még teljesen végbe, így megfigyelhetők lehetnek a fejlődésük más állapotaiban. Ezért érdekelnek annyira a holdi és bolygókutatások.”

Négy évtized alatt még nem találtak ilyen helyeket, de legalább a saját óceánjaink fenekén felfedeztünk már valami titokzatosat. Messze van ez még a közvetlen bizonyítéktól, hiszen a korai élet molekuláris előfutárai nem hagynak nyomokat. Ám ha tovább mélyülnek biokémiai ismereteink, az Elveszett Város ihlette elméletek közelebb hozhatnak majd minket kémiai históriánk igaz elmeséléséhez.

Forrás: science20.com, (1) http://www.nick-lane.net/LAM%20BioEssays.pdf, Kép

2012. augusztus 28.

Kettinger Dóra


Cikk ajánlása » email:
Hozzászólás írása
Hozzászólás
 

Értékelések száma: 5, Cikk értéke (1-10):


Értékelje ezt a cikket! 


Hirdetés
Email cím:
Jelszó:

Regisztráció »
Elfelejtett jelszó »
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt: itt ellenőrizheti
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt:
itt ellenőrizheti
.
Oldal ajánlása (email):
Az ajánlót küldi (név):
Hirdetés