9 - vznik života: chemická a první etapy biologické evoluce

co zkoumá protoboiologie?

vznik živých systémů ze systémů neživých

co předcházelo biologické evoluci?

chemická evoluce

jaké vlastnosti musí vykazovat systémy schopné biologické evoluce?

schopnost reprodukce, proměnlivost, dědičnost

jaké 4 alternativy popisují vznik života?

• proteinový svět

• nukleový svět

• proteinový + nukleový svět

• jiný princip

co předpokládá proteinový svět?

původní organismy se skládaly z proteinů a neobsahovaly nukleové kyseliny

jaké dva pojmy jsou spojené s představou proteinového světa?

Oparinovy koacerváty a Foxovy mikrosféry (hypotéza mikrosfér)

jak vypadají Oparinovy koacerváty?

vykazují zejména růst, mají semipermeabilní membrány a mohou

jak vznikají Oparinovy koacerváty?

v koloidních roztocích (tj. látka rozmísená v druhé) různého složení

co je problémem Oparinových koacervátů?

nejsou schopny množit molekuly s enzymatickou funkcí → časem se vyřeďují → co nevykazuje reprodukci a dědičnost, nemůže být předmětem biologické evoluce

+ předpoklad existence molekul s enzymatickou aktivitou

co se předpokládá při hypotéze o Oparinových koacervátech?

existence molekul s enzymatickou aktivitou

jak fungují Oparinovy koacerváty?

• obsahují v nitru molekuly s enzymatickou aktivitou a prostředí obsahuje substrát, pro který je narozdíl od produktů membrána propustná

• v nitru dochází ke zpracování substrátu na produkty, které se uvnitř hromadí

• osmotickým tlakem dovnitř proudí voda, která způsobuje růst a následné rozdělení na více koacervátů

• molekuly s enzymatickou aktivitou se ředí, neobnovují

co řeší hypotéza mikrosfér?

vznik molekul s enzymatickou aktivitou

hypotéza mikrosfér - co se děje při zahřátí směsi amk?

aminokyseliny kondenzují do nepravidelného polymeru (proteinoidu)

hypotéza mikrosfér - jak vypadá proteinoid?

jeho sekvence je náhodná a po rozpuštění ve vodě se rozláme na menší, kulovité a občas duté částice - mikrosféry

jak vypadají mikrosféry?

nejsou odděleny membránou, nevykazují růst, ale mohou vykazovat enzymatickou aktivitu

co dokazuje model hypercyklů?

že je pro živé systémy nezbytná kompartmentace

co je hypercyklus?

model autoreplikujícího se systému: každý prvek cyklu napomáhá vzniku dalšího prvku

jakým způsobem model hypercyklů dokazuje na potřebu kompartmentace?

pokud nejsou hypercykly prostorově ohraničeny, objevují se parazitické hypercykly, které odebírají enzymy z jiných hypercyklů, ale do oběhu nic nevrací → nestabilita systému

co tvrdí teorie nukleového světa?

původní organismy obsahovaly nukleové kyseliny a neobsahovaly proteiny

teorie nukleového světa - jaká byla ta původní NK?

RNA (hypotéza RNA světa)

která hypotéza o vzniku biologické evoluce má nejvíc příznivců?

NK teorie

jak vypadala původní NK?

neměla žádnou metabolickou aktivitu ani nenesla žádnou informaci pro syntézu sloučenin, ale za vhodných podmínek se dokázala autoreplikovat

jak si můžeme představovat NK svět?

• prostředí s dostatkem aktivovaných nukleotidů, ve které dochází k opakované oscilaci teplot

NK svět - co se děje nukleotidy díky opakované oscilaci teplot?

vznikne cyklus replikace oligonukleotidů

co umožňuje v teorii NK světa evoluci?

neezymatická replikace je nepřesná, a díky tomu se vytváří nové oligonukleotidy, které jsou různě úspěšné → evoluce

NK svět - co způsobuje první enzymatickou aktivitu?

afinita některých oligonukleotidů k proteinoidům

NK svět - co jsou ribozymy?

molekuly RNA vykazující enzymatickou aktivitu

NK svět - co jsou koenzymy?

neproteinové komponenty enzymů

čeho pozůstatkem mohou být ribozymy a koenzymy?

relikty z období života bez proteinů

teorie NK i proteinové světa - co říká?

už od samého počátku biologické evoluce existovala dělba funkcí mezi nukleovými kyselinami a proteiny

teorie NK i proteinové světa - co je jejím centrálním významem?

proteosyntéza založená na genetickém kódu

proč je teorie NK i proteinové světa nepravděpodobná?

předpokládá proteosyntézu, která se velmi jednoduché buňce nemohla vyplatit

jak mohl vzniknout genetický kód?

v důsledku unikátní a vysoce nepravděpodobné náhodné události (tzn. projekt zmrazené náhody)/produkt cílevědomé činnosti rozumných bytostí(genetický kód je mnohem dokonalejší než jiné produkty evoluce)/postupný vývoj

co říká koevoluční hypotéza?

amk syntetizované společnými biochemickými dráhami jsou většinou kódovány podobnými triplety kodonů → vývoj biochemických drah pro syntézu jednotlivých amk byl bezprostředně spojen s vývojem univerzálního genetické kódu

co říká stereochemická hypotéza?

některé fyzikálně-chemické vlastnosti amk korelují s vlastnostmi tripletů, které je kódují

původně se na přiřazování AK ke kodonům podílely i jejich stechiometrické vlastnosti

co je důkazem vývojeschopnosti gen kódu?

přítomnost pozměněných variant u mitochondrií či některých prvoků

jiný princip vzniku chem. evoluce - příklad teorie?

evoluce anorganických jílů - na povrch jílu přirůstají vrstvy, kopírují předchozí vrstvy, může docházet k chybám → po rozlámání se jíl může přesunout a tam se replikovat

jak vypadala abiogenetická etapa biologické evoluce?

první org. látky byly na Zemi již před 4 mld lety, atm. bez kyslíku (ten je vázán do anorg. sloučenin), s velkým množstvím vodních par

• bouřky (→ elektrické výboje) + silné ionizační záření

• * prvních biopolymerů

jak vypadala autoreprodukční etapa biologické evoluce?

vznikaly látky schopné autoreplikace, první živé soustavy měly vlastní metabolismus, jednoduchý genetický aparát a selektivní membránu - eobionta (protobionta)

jak vypadala buněčná etapa biologické evoluce?

vznik struktur až k dnešním mnohob. organismům

původní prokaryota podobná dnešním bakteriím, v bezkyslíkatém prostředí, striktně anaerobní metabolismus

fotolitotrofní metabolismus?

Došlo ke vzniku fotosyntézy, světelná energie se začala vázat do organických sloučenin, což předpokládalo vznik nových fotosyntetických pigmentů, pro zvýšení efektivity se vytvořil systém tylakoidních membrán (3,2 miliardy let), stromatolity, postupně vznik 2. fotosyntetického systému, začátek tvorby glukosy, sirné bakterie, pak i sinice.

chemilitotrofní metabolismus?

Zdroj energie je oxidace anorganických sloučenin, dnešní chemolitotrofní bakterie (např. H2S).

jaký je anaerobní metabolismus?

hodně neefektivní, s vysokou spotřebou látek, zároveň se do ovzduší uvolňuje velké množství CO2

kdy vznikl aerobní metabolismus?

když obsah O2 vyvolal vznik cytochromů (přenašečů elektronů), jeho rozvoj je spojen s diferenciací cytoplazmatické membrány