Первые клетки (лекция 2) презентация

жизни. 2001.
Марков А. Рождение сложности. 2010.
Галимов Э.М. Феномен жизни. 2009.
Докинз Р. Самое грандиозное шоу на Земле. Доказательства эволюции. 2012.
Журавлев А.Ю. До и после динозавров.
2006.

Элементы: Популярный сайт о фундаментальной науке - http://elementy.ru
Библиотека по эволюции - http://macroevolution.narod.ru/paperlist.htm
Подборка материалов по происхождению жизни -http://macroevolution.livejournal.com/98828.html

поэт

сначала опытами Ф. Реди (XVII в.) для видимых организмов,
а потом и опытами Л.Пастера (XIX в.) для невидимых (бактерии).

Луи Пастер
(1822–1895)
Французский микробиолог и химик

и Фрэнсис Крик – физик - возле собранной ими модели двойной спирали ДНК. Кембридж.

Р. Франклин (1920-1958)

Рентгенограмма В-формы ДНК: четкое соответствие спиральной структуре молекулы

60-ые годы ХХ в.- расшифровка генетического кода и механизма биосинтеза белка.

Проблемы полимеров: ДНК

определенной аминокислоте.

Г.А. Гамов 1904 - 1968

В 1954 г. физик Г. Гамов поднял вопрос генетического кода, рассчитал, что код при 4-х нуклеотидах должен быть триплетным.
1961-1966 гг. Р. Холли и др. -расшифровка генетического кода.
Синтезировали и-РНК из одной «буквы» и смотрели, какая аминокислота будет включаться в такой искусственный 'белок‘.

саморазвитие, причем сам собою развивается не продукт, а катализатор.
Промежуточные вещества являются катализаторами для последующих реакций.
В каталитическом гиперцикле несколько автокатализаторов, соединены циклически.
Идет отбор катализаторов, поэтому гиперцикл образует систему, способную к эволюции. Например, более массивные молекулы катализаторов более активны.

М. Эйген (1982)

Судьба синтезировавшихся органических молекул: идея химического отбора Эйгена-Руденко

Идея "бульона", заменяется идеей потока. Тогда в открытой системе основную часть субстрата перерабатывает та реакция, которая течет быстрее всего. Если таким оказывался "органический" процесс, он занимал место "неорганического".

обнаружена у некоторых РНК - открытие рибозимов (1982)

Т. Чек (р. 1947) и С. Альтман - Нобелевская премия в 1989 г. за открытие каталитических свойств РНК

Т.о. первичными молекулами жизни, по-видимому, были не ДНК или белки, а рибозимы, которые могут и хранить информацию, как ДНК, и работать, как белки.

1986 г.«Мир РНК» как предшественник современной жизни -У. Гильберт

(А,У,Г,Ц) - из неорганических молекул (CO, HCN и NH3) еще в протопланетном облаке. Их находят даже в метеоритах.
сахар рибоза - конденсация формальдегида (автокаталитическая реакция Бутлерова).  
фосфорная кислота (фосфат) - много в земной коре и океанах.

формальдегид

нуклеотиды, смешивая сразу и предшественники сахаров, и предшественники нуклеотидов, и фосфат.
Побочные продукты одних реакций здесь становятся катализаторами последующих.

Хейн и др, 2011 - добавили к системе Сандерленда различные аминокислоты, получили стереоспецифический синтез рибонуклеотидов. Оказалось, что достаточно небольшого избытка одного из стереоизомеров аминокислот, чтобы в итоге получились хирально чистые рибонуклеотиды! При кристаллизации аминокислот из раствора избыток одного изомера с 1% (его дает УФ-свет) увеличивается до 85-90%.

«Левые» аминокисло-ты и «правые» сахара

могли функционировать и как генетический материал, и как катализаторы при самовоспроизведении, т.е. обходиться без белков и ДНК.

Сегодня это показано в опытах: в лабораториях живут колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.

Важнейший этап в становлении жизни - появление рибозимов - простых самовоспроизводящихся молекул РНК.

происходить:

1. Становление механизмов биосинтеза белка.

2. Появление мембран.

3. Переход функции хранения генетической информации от РНК к ДНК.

Рибозимы не так хорошо работают, как белки. Включение ионов металлов усиливало их каталитические функции - металлорибозимы (с Mg2+). Они и сегодня обычны у архаичных микробов.

а затем и длинных белков.
Пример симбиоза РНК и пептидов - кофермент А.

Аденозин + 3 фосфата

Короткая белковая часть

Вопрос о происхождении синтеза белка фактически сводится к вопросу о происхождении рибосом.
Могла ли 23S-рРНК (основа большой субъединицы) произойти от более простой молекулы в результате постепенной эволюции, т. е. путем последовательного добавления новых фрагментов?
В 2009 г. ее удалось разобрать до «проторибосомы» - каталитического центра молекулы, ответственного за соединение аминокислот. Потом – собрать.

23S-рРНК

самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем.
Липидные мембраны обладают избирательной проницаемостью. Они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" – колониями молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов.
Подобное сообщество уже можно назвать организмом (протобионт).

Другой путь – использование полостей в минералах.

Более устойчива к гидролизу в слабощелочных растворах, которые были в первичных водоемах и сохранились в современных клетках.

б) 2 цепи облегчают исправление ошибок копирования.

Платой за стабильность стала неспособность молекул ДНК сворачиваться в глобулы и выполнять какие-либо активные действия.
Изначально ДНК могла быть чем-то вроде покоящейся фазы в жизненном цикле самовоспроизводящихся колоний РНК, и лишь много позднее она стала основным носителем наследственной информации.

universal common ancestor)

4,3-3,8 млрд.

2,4 млрд.

Бактерии

Археи

Эукариоты

Черные курильщики – возможное место появления первых организмов

химический отбор