Entstehung und Evolution von Leben

Entstehung und Evolution von
Leben
Manuela Gober
30 Juni 2011
30.
DIE
PRAEBIOTISCHE
ERDE
Mögliche
Atmosphärenzusammensetzungg nach Ureyy und
Miller:
H2, CH4, NH3 und H2O
Oberflächentemperatur:
~ 100°C
Hoher Luftdruck
http://www2.vobs.at/bio/evolution/pics/miller_vulkan.gif
Die Frage nach der Henne oder dem Ei?
Was war zuerst Proteine oder RNA?
 Wissen: RNA liefern Info für Bildung von
Aminosäuren, aber kein RNA-Molekül
y p
entsteht ohne Enzymproteine
 Lösung: Cricks Postulat:
I f
Informationsfluss
ti fl
NUR in
i eine
i Richtung
Ri ht
von Nukleinsäuren zu Proteinen
Postulat bestätigt (Cech, Altmann): RNAMoleküle katalytische Funktion

Der Weg zur RNA
Besteht aus 3 Teilen:
Phosphat, Ribose und Base
 Purine: Adenin, Guanin;
 Pyrimidine:
y
Cytosin,
y
Uracil;
 Basen sind Informationsträger
 Phosphat-Ribose-Gerüst
Phosphat Ribose Gerüst hat
Strukturaufgabe
http://de.wikipedia.org

•M
Mechanismus
h i
für
fü praebiotische
bi ti h Synthese
S th
unbekannt- Zufall?
Die ersten Katalysatoren
Stoffwechsel benötigt Enzyme
 Enzyme sind: - Proteine
-Ribosome
• Kein
K i Proteinsynthese,
P t i
th
daher
d h anderes
d
Modell:
Wächterhäuser:
Protostoffwechsel
an Pyritoberfläche

http://eightenergies.com/blog/wpcontent/uploads/2010/07/pyrit.jpg
Das Problem der Urmembran
Heutiges Leben benötigt Wasserstoffquelle
Gewinnung des Wasserstoffs:
 Ozeane
 Chlorophyll – trennt Wasserstoff unter
Lichteinfall vom H2O ab
 Abspaltung des Wasserstoffs in H2O
unter Sonnenlichteinstrahlungg –
notwendig Eisenione
Energiequelle der Zelle
Kondensationsreaktionen führen zum
Austrocknen der Zelle - ATP verhindert
dies!
 ATP in der p
praebiotischen Welt?
 Pyrophosphat bzw. Thioester– möglicher
V lä f des
Vorläufer
d ATP

Das Durchsetzen der RNA
Ersten RNA-Moleküle
RNA Moleküle – Zufallsordnung
 Andere Basen in praebiotischer RNA
möglich
 Grund für AGCU-Alphabet: Basen sind
komplementär zueinander
 Zw.
Z A und
d U (bzw.
(b T):
T) 2
Wasserstoffbrücken
 Zw. G und C : 3 Wasserstoffbrücken

Das Durchsetzen der RNA



RNA ermöglichte erstmals Verdoppelung von
Molekülen
RNA-Replikation anfänglich höchst ungenau
Spiegelmann
p g
Experiment:
p
Gemisch mit
Qβ-Virus, Replikationsenzym und Bausteine
der RNA Replikation (ATP, GTP, CTP, UTP)
Ergebnis: entstandene RNA unterschied sich
von der Virus-RNA
Virus RNA  Darwinsche Evolution
Die Geburt der Proteine





1.
2.
3.
n.
WW zwischen „neuer
neuer“ RNA und Aminosäuren
Bildung von Transfer-RNA
Notwendige Energie von Thioester?
Spezifische WW?
Proteinsynthese:
Amminosäuren-beladene RNA-Moleküle legen sich
nebeneinander  Verbindung zu Dipeptid
Ähnlicher Vorgang  Tripeptid
.
.
.
yp p
Polypeptidkette
Das Auftreten der DNA
Kettenförmiges Makromolekül
 Unterschied zum RNA:

◦ Thymin anstelle von Uracil
◦ Desoxyribose
D
ib
anstelle
t ll von Rib
Ribose
• Änderung im Stoffwechsel:
dATP, dGTP, dCTP & dTTP
 Ermöglichte 3 Reaktionen:
 Inverse Transkription
 Transkription
 DNA Replikation
R lik ti
www wikipedia org
www.wikipedia.org
Zeit für die Zelle
Sinnhaftigkeit der Membranstruktur umstritten
 Plasmamembran besteht aus
aus
Libid-Doppelschicht (Phospholibide): 2 Teile mit
entgegengesetzter Affinität:
hydrophilen Kopf
hydrophobem Schwanz
Hydrophoben Seiten einander zugewandt (Van-derWaals-Kräfte); Hydrophilen Seiten nach außen
http://www.bphys.uni-linz.ac.at/bioph/dipl/RaftDateien/Lipidmembran.htm
Zeit für die Zelle
Phospholiphid – Doppelschichten
komplexe Struktur  daher kaum
vorhanden in praebiotischer Welt
 JJedoch leicht herzustellen ((mechanische
Vibration)
 eventuell
t ll andere
d
P
Peptide
tid zur
Zellabgrenzung

Die Zellteilung
Tochterprotozellen mussten alles
enthalten
 Sinnhaftigkeit erst durch Zusammenhang
p
und Zellteilungg
zw. DNA-Replikation

http://www.ivf-bocholt.de/index.php?id=903
Der Miller UreyUrey-Versuch

S. Miller und H. Urey (1953) – unter
bestimmten Umständen Produktion von
organischen Stoffen aus anorganischen Stoffen
Miller, S.L.
http://www2.vobs.at/bio/evolution/e05-millerurey.htm
http://www2.vobs.at/bio/evolution/e05-millerurey.htm
Mechanismen der Evolution

Kombination der 4 DNA Bausteine bildet
Code
Transkription – DNA wird kopiert in
Form Messenger-RNA
 Translation – Lesen des Codes


Jeweils ein Nucleotidbasen-Triplett
Nucleotidbasen Triplett bildet
Codewort - Codon
Mechanismen der Evolution
Bei Proteinsynthese – Anlagerung der
Aminosäuren in Ketten entsprechend den
Codons
 Anwachsen der Aminosäuren zu
Proteinen

Mechanismen der Evolution
Ayala, F. J.
Mechanismen der Evolution
Ayala, F. J.
Mechanismen der Evolution
Evolution = Mutation
 Crossing over & statistische Verteilung
der Chromosome erzeugen neue AllelKombinationen

http://biofblog.blogspot.com/
Ayala, F. J.
Referenzen
Literatur:
De Duve, C. (1997) Aus Staub geboren, Rowohlt
Taschenbuch, Reinbek bei Hamburg
Ayala, F. J. (1984) Evolution: d. Entwicklung von d.
ersten Lebensspuren bis zum Menschen, 4. Aufl.,
Heidelberg Spektrum d.
Heidelberg,
d Wiss.
Wiss
Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R. C.,
Gelbart,, W. M.,, Suzuki,, D. T.,, Miller,, JJ. H. ((2005))
Introduction to Genetic Analysis, W. H. Freeman
and Company, New York
Miller,
Mill SS. LL. (1953) A Production
P d i off Amino
A i Acids
A id
Under Possible Primitive Earth Conditions,
g
Science,,Vol. 117f,, Chicago