12) evoluce buňky

Jaký byl výchozí typ buňky, ze které se vyvinuly všechny buněčné formy života?

Pra-buňka (ancestor cell)

Jaké jsou podmínky přirozeného výběru?

Genetická variabilita a selekce nejvýhodnějšího genotypu.

Alexandr Ivanovič Oparin

- redukční atmosféra na vzniklé planetě (metan, čpavek, vodík, vodní páry)

- chemická evoluce uhlíkatých sloučenin: "zárodečná polévka" (primordial soup)

- experimenty s koacerváty

John B.S. Haldane (1892-1964): genetik a fyziolog

stejná teorie evoluce organických sloučenin (bez koacervace)

1953 - University of Chicago

- první experimentální ověření možnosti vzniku života na planetě Zemi

- Stanley Miller a Harold Urey

Millerův experiment

- snaha napodobit prvotní podmínky na Zemi

- výchozí směs plynů:

- methan, čpavek, voda (pára), vodík

- elektrické výboje

- kondenzace vody a následná analýza roztoku

Co bylo hlavním výsledkem Millerova experimentu?

- HCN, formaldehyd

- kyselina mravenčí, mléčná, octová, močovina

- 17 aminokyselin

- puriny a pyrimidiny

Vznik prvních polymerů z organických monomerů

- zahřívání organických sloučenin

- katalytická aktivita vysoce koncentrovaných anorganických polyfosfátů nebo dalších minerálních látek

- autokatalytické schopnosti vzniklých polymerů → selekční výhoda systémů s autoreprodukcí

Polynukleotidy jako templáty pro svou vlastní syntézu:

pravidlo o párování bazí (vodíkové můstky)

2 důležité vlastnosti RNA z hlediska evoluce:

- nformační (sekvence nukleotidů)

- funkční (vznik terciární struktury)

Jaký byl význam ribozymů v evolučním procesu?

Ribozymy umožnily autokatalytické procesy a replikaci v raném světě RNA.

Kdo získal Nobelovu cenu za chemii v roce 1989 a za jaký objev?

Thomas R. Cech a Sidney Altman za objev katalytických vlastností RNA = objev ribozymu

Jaké jsou 3 základní kroky v evoluci RNA?

Ribozym, primitivní proteosyntéza, vznik genetického kódu.

Jaké jsou charakteristiky koacervátů?

Malé kulaté kapky organických molekul, velikost 1-100 µm.

Stáří mikrofosilií:

- prokaryontní buňky: 3,5 miliardy let

- eukaryontní buňky: 1,5 miliardy let

- mnohobuněčné organismy: 500 miliónů let

Změny ve složení zemské atmosféry

Nárůst obsahu vzdušného kyslíku v atmosféře

Vznik membránových struktur a buněčného jádra

Vznik mitochondrií

Vznik chloroplastů

Jaké důkazy podporují endosymbiotickou teorii?

Dvojitá membrána mitochondrií a chloroplastů, jejich genom a proteosyntetický aparát prokaryontního typu.

ribosomy prokaryot vs eukaryot

• ribosomy prokaryot: 70S (30S + 50S)

• ribosomy eukaryot: 80S (40S + 60S)

Co zahrnuje syntetická biologie?

- a) navrhování a vytváření biologických komponent a systémů, které neexistují v přirozeném světě

- b) návrhy na přestavování existujících biologických systémů a jejich následné vytváření

Jaký projekt vytvořil bakteriální buňku s umělým genomem v roce 2010?

Projekt J. Craig Venter “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genom“

co obsahoval projekt J. Craig Ventera

• Vytvoření bakteriální buňky s "umělým" genomem

  design, syntéza a sestavení bakteriálního genomu Mycoplasma mycoides JCVI-syn01

  vnesení umělého genomu do bakterie Mycoplasma capricolum → nová bakterie se syntetickým genomem

jak dokázali, že byl projekt úspěšný

Watermarks (vodoznaky) v genomu Mycoplasma mycoides JCVI-syn01:1.2.3.4.

- vysvětlení použitého kódovacího systému

- URL adresa pro ty, kdo rozluští kód

- seznam 46 autorů a spolupracovníků

- série slavných citátů (James Joyce, Richard Feynman)

Leden 2020: xenoboti

- syntetické organismy připravené dle designu in silico pro plnění požadovaných funkcí

- kombinace více buněčných typů – embrya

- Xenopus laevis (žába drápatka)

- velikost pod 1 mm3

Princip přípravy xenobotů

design in silico a pak vývoj in vivo

Aplikační možnosti syntetické biologie: