H ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΖΩΗΣ Βιοχημική εξέλιξη

Βιοχημική εξέλιξη Η ζωή εμφανίστηκε μετά από μια περίοδο χημικών αντιδράσεων Ακολουθώντας τους κανόνες της φυσικής και της χημείας

Προβιοτική Γη Οι συνθήκες στην προβιοτική Γη δεν ήταν οι ίδιες με τις σημερινές Pasteur (1862): Οι μικροοργανισμοί προέρχονται πάντα από προϋπάρχοντες ή από τα αιωρούμενα στην ατμόσφαιρα σπόριά τους Oparin & Haldane (1920): Η προβιοτική ατμόσφαιρα της γης ήταν έντονα αναγωγική ώστε επέτρεψε τη δημιουργία της ζωής Image Credit A.I. Oparin J.B.S. Haldane (credit: Bassano and Vandyk Studios)

Οι συνθήκες που επικρατούσαν στη Γη Δεν υπήρχε ελεύθερο οξυγόνο( O2) Υπήρχε ελεύθερο υδρογόνο (H2) καθώς και μεθάνιο, αμμωνία και νερό (CH4, NH3 and H2O) Η ενέργεια για τις χημικές αντιδράσεις προερχόταν από τις ηλεκτρικές εκκενώσεις στις καταιγίδες ή από την ηλιακή ενέργεια (Δεν υπήρχε στιβάδα του όζοντος) Η θερμοκρασία της Γης ήταν υψηλότερη από τη σημερινή.

Η δημιουργία των μονομερών H2 NH3 CH4 H2O Heat Ηλεκτρικές εκκενώσεις Δείγματα Οι Miller και Urey ξαναδημιούργησαν τις ίδιες συνθήκες in vitro Το νερό θερμαίνεται και το μίγμα κυκλοφορεί για πολλές μέρες.

Αποτελέσματα Μετά από μία εβδομάδα εμφανίστηκαν τα πρώτα 15 αμινοξέα στο μίγμα Μεγάλη ποικιλία οργανικών ενώσεων αρχίζουν να παράγονται, μεταξύ των οποίων πουρίνες, πυριμιδίνες και σάκχαρα Σε μεταγενέστερα πειράματα παρουσία CO2 παράγονται νουκλεοτίδια. Image Credit Stanley Miller

Συμπεράσματα Τα πειράματα αυτά δε μπορούν να αναπαραστήσουν τις ακριβείς συνθήκες που επικρατούσαν στη Γη εκείνη την περίοδο ΠΟΤΕ δε θα γνωρίσουμε ακριβώς τι συνέβη ΑΛΛΑ έχει αποδειχθεί ότι οι βασικοί δομικοί λίθοι για τη δημιουργία των μακρομορίων μπορούν να συντεθούν in vitro από ανόργανα συστατικά.

Από τα μονομερή στα πολυμερή Τα αμινοξέα σχηματίζουν πολυπεπτίδια όταν τα μονομερή θερμαίνονται Οι αντιδράσεις συμπύκνωσης πραγματοποιούνται δημιουργώντας πεπτιδικούς δεσμούς μεταξύ των αμινοξέων ή φωσφοδιεστερικούς δεσμούς μεταξύ των νουκλεοτιδίων. Πριν την παρουσία των ενζύμων το ρόλο καταλύτη είχαν σωματίδια πηλού

Τα πρώτα πολυνουκλεοτίδια Τα πολυνουκλεοτίδια μόλις δημιουργήθηκαν δείχνουν μια τάση να αντιγράφονται, χρησιμοποιώντας τον κανόνα της συμπληρωματικότητας Αυτή η διαδικασία καταλύεται από την παρουσία σωματιδίων πηλού και μεταλλικών ιόντων Αυτές οι μονόκλωνες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες πιθανώς αντιστοιχούν στο RNA.

Μια πολύ καλή συνεργασία Τα πολυπεπτίδια, που μπορούν να συγκροτήσουν τρισδιάστατες δομές, είναι τα κατάλληλα μόρια για την επιτέλεση πολύπλοκων κυτταρικών λειτουργιών Μια συνεργασία ξεκινά μεταξύ των πολυνουκλεοτιδίων και των πολυπεπτιδίωνs Τα πολυνουκλεοτίδια οδηγούν τη σύνθεση των πολυπεπτιδίων Σήμερα είναι ξεκάθαρο ότι η πληροφορία ρέει από τα πολυνουκλεοτίδια στα πολυπεπτίδια. Η μετάφραση έχει ξεκινήσει.

Η προέλευση του DNA Image Credit: DNA Αργότερα η πληροφορία αποθηκεύεται στο DNA που είναι πιο σταθερή δομή από το RNA Η μετάβαση από το RNA στο DNA είναι δυνατή στη φύση Η αντίστροφη μεταγραφάση είναι το ένζυμο που καταλύει αυτή τη μετατροπή στους ρετροιούς.

Οι πρώτες μεμβράνες, τα πρώτα κύτταρα Αν ένα κομμάτι RNA κωδικοποιεί για μια πολύ «καλή» πρωτεΐνη και είναι ελεύθερο, τότε παράγονται πάρα πολλά μόρια πρωτεϊνών χωρίς καμία ρύθμιση ή επιλογή Αν όμως το μόριο RNA περιβάλλεται από μια μεμβράνη, τότε η πρωτεΐνη μένει μέσα στη δομή αυτή που αυτόματα αποκτά επιλεκτικό πλεονέκτημα έναντι των υπολοίπων Επομένως, η εμφάνιση των μεμβρανών έδωσε ώθηση στην εξέλιξη.

Οι μεμβράνες ορίζουν το πρώτο κύτταρο Τα φωσφολιπίδια σχηματίζουν λιπιδικές διπλοστιβάδες όταν περιβάλλονται από νερό Όλα τα συστατικά ενός κυττάρου συγκροτούν το πρώτο απλό αναερόβιο προκαρυωτικό κύτταρο. Ο μεταβολισμός των βακτηρίων εξελίσσεται Στα 2 εκατομμύρια χρόνια εμφανίζεται ελεύθερο οξυγόνο, λόγω της δράσης των πρώτων αυτότροφων φωτοσυνθετικών βακτηρίων.

Η κυτταρική θεωρία Robert Hooke (1635- 1703): Κύτταρο (Cell) για να περιγράψει τις «μικρές κοιλότητες» σε τομές φελλού, επειδή έμοιαζαν με κελλιά μοναστηριού Κυτταρική Θεωρία: Όλοι οι ζώντες οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα. Matthias Schleiden (1838): Θεμελιωτής της κυτταρικής θεωρίας για τα φυτά Ο μεταβολισμός των βακτηρίων εξελίσσεται Τα σύγχρονα κύτταρα έχουν αδιάρρηκτη συνέχεια με τα πρώτα πρωτόγονα κύτταρα

Η σύγχρονη κυτταρική θεωρία Όλοι οι ζώντες οργανισμοί συνίστανται από ένα ή περισσότερα κύτταρα Όλες οι χημικές αντιδράσεις των ζώντων οργανισμών πραγματοποιούνται μέσα στα κύτταρα. Τα κύτταρα προέρχονται από άλλα κύτταρα Τα κύτταρα περιέχουν τη γενετική πληροφορία του οργανισμού τον οποίο συνιστούν, πληροφορία η οποία μεταβιβάζεται από κύτταρο σε κύτταρο και από γενιά σε γενιά

Ενδοσυμβιωτική θεωρία Ετερότροφο σύστημα

Ενδοσυμβιωτική θεωρία Αυτότροφο σύστημα

Το τυπικό φυτικό κύτταρο Πρωτόπλασμα: Θεμέλια ουσία όλων των κυττάρων (Κυτταρικό τοίχωμα +Πρωτοπλάστη) Πρωτοπλάστης: Το ζωντανό μέρος ενός φυτικού κυττάρου (Πυρήνας + Κυτταρόπλασμα). Εξωτερικό όριο: πλασματική μεμβράνη (πλασμαλήμμα) Κυτόλυμα (Θεμελιώδης ουσία): Υδαρής φάση του κυτταροπλάσματος, χωρίς τα οργανίδια