Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Світ поліароматичних вуглеводнів — одна з гіпотез хімічної еволюції, яка пояснює синтез молекул РНК з поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ), які можливо, були широко представлені у первинному бульйоні ранньої Землі. Це одна з гіпотез походження світу РНК, що стало передумовою до виникнення життя на Землі.
Історія
У 1952 році експеримент Міллера-Юрі показав, що синтез таких органічних сполук як амінокислоти, моносахариди та формальдегід можливий з вихідних неорганічних речовин, які, можливо, були присутні у первинному бульйоні. Фактично експеримент Міллера-Юрі став тестом гіпотези Опаріна-Холдейна про існування умов ранньої Землі, сприятливих для хімічних реакцій, продуктами яких могли стати органічні сполуки.
Дослідження властивостей РНК показало, що молекули РНК здатні до збереження, передачі та копіювання генетичної інформації. Пізніше було встановлено, що РНК також можуть проявляти і каталітичну активність. Такі РНК-молекули називаються рибозимами. Виявлення широкого спектра властивостей молекул РНК (зокрема, функція збереження, розмноження генетичної інформації та каталіз хімічних реакцій) наштовхнуло вчених до створення гіпотези світу РНК, яка була сформульована американським мікробіологом Карлом Воузом у 1968 році. Згідно з цією теорією асоціації молекул РНК згодом стали передумовою до створення сучасного ДНК-РНК-білкового життя, відокремленого мембраною. Гіпотеза світу РНК пізніше була розвинена Леслі Орджелом, а у 1986 році її остаточно сформулював лауреат Нобелівської премії з хімії Волтер Гілберт.
У гіпотези світу РНК є і чимало пропущених етапів. Наприклад, досі невідомо, як з'явилися перші РНК-молекули. У травні 2004 року Саймон Ніколас Платтс сформулював гіпотезу світу ПАВ, яка пояснює цей пропущений етап світу РНК. Через два роки, у 2006 році, група вчених Ehrenfreund та ін. дала більш широке та повне формулювання поданої ідеї.
Поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ)
Поліциклічні ароматичні вуглеводні — органічні сполуки, для яких характерна наявність у хімічній структурі двох та більше конденсованих бензольних кілець. Поліароматичні вуглеводні досить широко розповсюджені у видимому Всесвіті і, можливо, були представлені у первинному бульйоні ранньої Землі. ПАВ разом з фулеренами (або бакіболами) були виявлені у галактичних туманностях. Астроном Летіція Стангеліні висунула гіпотезу про можливість зародження життя на Землі саме бакіболами.
У вересні 2012 року вчені NASA сповістили, що ПАВ, які потрапляють у міжзоряне середовище, модифікуються шляхом гідрування, оксигенації та гідроксилювання з утворенням більш складних органічних молекул. Можливо, це і є кроком до утворення нуклеотидів та амінокислот, що в подальшому призведе до появи ДНК-РНК-білкового життя. Шляхом цих модифікацій поліароматичні вуглеводні втрачають свої спектроскопічні властивості, що може бути одним із пояснень відсутності ПАВ у міжзоряному льоді.
Як правило, ПАВ досить погано розчиняються у морській воді. Але в результаті ультрафіолетового опромінення зовнішні атоми водню можуть бути заміненими на гідроксильні групи, що збільшує розчинність ПАВ у воді. Такі модифіковані ПАВ проявляють амфіфільні властивості, тобто мають як гідрофобну, так і гідрофільну частини. Такі властивості ПАВ дозволяють їм самоорганізовуватися подібно до ліпідів, які гідрофільними частинами обернені до молекул води, а гідрофобні частини повертають один до одного.
Приєднання азотистих основ до каркаса із ПАВ
У самоорганізованих стеках (ансамблях) ПАВ відстань між сусідніми кільцями становить 0,34 нм. Цікаво, що саме на такі відстані розташовані суміжні азотисті основи у молекулах РНК та ДНК. Молекули меншого розміру природним чином будуть приєднуватися до кілець ПАВ.
Кільця ПАВ можуть обертатися один відносно іншого, що призводить до зіткнень приєднаних молекул до сусідніх кілець. Це призводить до специфічного зв'язування з плоскими молекулами, такими як піримідинові та пуринові азотисті основи. Це ключові компоненти молекул РНК та ДНК. Ці азотисті основи також проявляють амфіфільні властивості і можуть організовуватися у аналогічні стеки.
Приєднання олігомерів
Згідно положень гіпотези світу ПАВ, після того, як до кілець поліароматичних сполук приєдналися азотисті основи, проміжок між основами став заповнюватися молекулами відповідного розміру. Ідеальним кандидатом для цього стали олігомери формальдегіду, які також були представлені у первинному бульйоні. Якщо приєднання азотистих основ відбувається за допомогою водневого зв'язку, то олігомери формальдегіді приєднується до азотистої основи ковалентним зв'язком.
Від'єднання РНК-подібного ланцюга
Зміна умов на ранній Землі пізніше призвела до від'єднання від ПАВ РНК-подібних молекул. У результаті вулканічної активності відбулося короткочасне збільшення кислотності навколишнього середовища (вивільнення кислотних газів, оксиду сірки, вуглекислого газу), що, можливо стало причиною від'єднання азотистих основ від остову ПАВ, що призвело до формування РНК-подібної молекули. Але замість цукрофосфатного остову, у цих молекул був формальдегідний остов, але з таким же кроком у 0,34 нм.
Гіпотеза появи рибозимів
Можливо, що первинні РНК-подібні молекули почали згортатися самі на себе шляхом комплементарного зв'язування між азотистими основами, що призвело до формування частково дволанцюгових РНК-подібних структур, які нагадують рибозими.
Згодом формальдегідні олігомери були замінені на більш стабільні цукрофосфатні молекули. Усі ці можливі сценарії стали передумовою до створення різноманітного РНК-світу, з якого виникло життя.
Див. також
Примітки
- Oró, J.; Kimball, A.P. Synthesis of purines under possible primitive earth conditions. I. Adenine from hydrogen cyanide. Archives of Biochemistry and Biophysics. Т. 94, № 2. с. 217—227. doi:10.1016/0003-9861(61)90033-9. Процитовано 29 березня 2018.
- Ehrenfreund, Pascale; Rasmussen, Steen; Cleaves, James; Chen, Liaohai (28 червня 2006). Experimentally Tracing the Key Steps in the Origin of Life: The Aromatic World. Astrobiology (англ.). Т. 6, № 3. с. 490—520. doi:10.1089/ast.2006.6.490. Процитовано 29 березня 2018.
- García-Hernández, D. A.; Manchado, A.; García-Lario, P.; Stanghellini, L.; Villaver, E.; Shaw, R. A.; R. Szczerba; Perea-Calderón, J. V. (2010). Formation of Fullerenes in H-containing Planetary Nebulae. The Astrophysical Journal Letters (англ.). Т. 724, № 1. с. L39. doi:10.1088/2041-8205/724/1/l39. ISSN 2041-8205. Процитовано 29 березня 2018.
- Lincoln, Tracey A.; Joyce, Gerald F. (27 лютого 2009). Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme. Science (англ.). Т. 323, № 5918. с. 1229—1232. doi:10.1126/science.1167856. ISSN 0036-8075. PMID 19131595. Процитовано 29 березня 2018.
 | Це незавершена стаття з еволюційної біології. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Svit poliaromatichnih vuglevodniv odna z gipotez himichnoyi evolyuciyi yaka poyasnyuye sintez molekul RNK z policiklichnih aromatichnih vuglevodniv PAV yaki mozhlivo buli shiroko predstavleni u pervinnomu buljoni rannoyi Zemli Ce odna z gipotez pohodzhennya svitu RNK sho stalo peredumovoyu do viniknennya zhittya na Zemli Sintez RNK z PAVIstoriyaU 1952 roci eksperiment Millera Yuri pokazav sho sintez takih organichnih spoluk yak aminokisloti monosaharidi ta formaldegid mozhlivij z vihidnih neorganichnih rechovin yaki mozhlivo buli prisutni u pervinnomu buljoni Faktichno eksperiment Millera Yuri stav testom gipotezi Oparina Holdejna pro isnuvannya umov rannoyi Zemli spriyatlivih dlya himichnih reakcij produktami yakih mogli stati organichni spoluki Doslidzhennya vlastivostej RNK pokazalo sho molekuli RNK zdatni do zberezhennya peredachi ta kopiyuvannya genetichnoyi informaciyi Piznishe bulo vstanovleno sho RNK takozh mozhut proyavlyati i katalitichnu aktivnist Taki RNK molekuli nazivayutsya ribozimami Viyavlennya shirokogo spektra vlastivostej molekul RNK zokrema funkciya zberezhennya rozmnozhennya genetichnoyi informaciyi ta kataliz himichnih reakcij nashtovhnulo vchenih do stvorennya gipotezi svitu RNK yaka bula sformulovana amerikanskim mikrobiologom Karlom Vouzom u 1968 roci Zgidno z ciyeyu teoriyeyu asociaciyi molekul RNK zgodom stali peredumovoyu do stvorennya suchasnogo DNK RNK bilkovogo zhittya vidokremlenogo membranoyu Gipoteza svitu RNK piznishe bula rozvinena Lesli Ordzhelom a u 1986 roci yiyi ostatochno sformulyuvav laureat Nobelivskoyi premiyi z himiyi Volter Gilbert U gipotezi svitu RNK ye i chimalo propushenih etapiv Napriklad dosi nevidomo yak z yavilisya pershi RNK molekuli U travni 2004 roku Sajmon Nikolas Platts sformulyuvav gipotezu svitu PAV yaka poyasnyuye cej propushenij etap svitu RNK Cherez dva roki u 2006 roci grupa vchenih Ehrenfreund ta in dala bilsh shiroke ta povne formulyuvannya podanoyi ideyi Policiklichni aromatichni vuglevodni PAV Dokladnishe Policiklichni aromatichni vuglevodni Policiklichni aromatichni vuglevodni organichni spoluki dlya yakih harakterna nayavnist u himichnij strukturi dvoh ta bilshe kondensovanih benzolnih kilec Poliaromatichni vuglevodni dosit shiroko rozpovsyudzheni u vidimomu Vsesviti i mozhlivo buli predstavleni u pervinnomu buljoni rannoyi Zemli PAV razom z fulerenami abo bakibolami buli viyavleni u galaktichnih tumannostyah Astronom Leticiya Stangelini visunula gipotezu pro mozhlivist zarodzhennya zhittya na Zemli same bakibolami U veresni 2012 roku vcheni NASA spovistili sho PAV yaki potraplyayut u mizhzoryane seredovishe modifikuyutsya shlyahom gidruvannya oksigenaciyi ta gidroksilyuvannya z utvorennyam bilsh skladnih organichnih molekul Mozhlivo ce i ye krokom do utvorennya nukleotidiv ta aminokislot sho v podalshomu prizvede do poyavi DNK RNK bilkovogo zhittya Shlyahom cih modifikacij poliaromatichni vuglevodni vtrachayut svoyi spektroskopichni vlastivosti sho mozhe buti odnim iz poyasnen vidsutnosti PAV u mizhzoryanomu lodi Yak pravilo PAV dosit pogano rozchinyayutsya u morskij vodi Ale v rezultati ultrafioletovogo oprominennya zovnishni atomi vodnyu mozhut buti zaminenimi na gidroksilni grupi sho zbilshuye rozchinnist PAV u vodi Taki modifikovani PAV proyavlyayut amfifilni vlastivosti tobto mayut yak gidrofobnu tak i gidrofilnu chastini Taki vlastivosti PAV dozvolyayut yim samoorganizovuvatisya podibno do lipidiv yaki gidrofilnimi chastinami oberneni do molekul vodi a gidrofobni chastini povertayut odin do odnogo Priyednannya azotistih osnov do karkasa iz PAVU samoorganizovanih stekah ansamblyah PAV vidstan mizh susidnimi kilcyami stanovit 0 34 nm Cikavo sho same na taki vidstani roztashovani sumizhni azotisti osnovi u molekulah RNK ta DNK Molekuli menshogo rozmiru prirodnim chinom budut priyednuvatisya do kilec PAV Kilcya PAV mozhut obertatisya odin vidnosno inshogo sho prizvodit do zitknen priyednanih molekul do susidnih kilec Ce prizvodit do specifichnogo zv yazuvannya z ploskimi molekulami takimi yak pirimidinovi ta purinovi azotisti osnovi Ce klyuchovi komponenti molekul RNK ta DNK Ci azotisti osnovi takozh proyavlyayut amfifilni vlastivosti i mozhut organizovuvatisya u analogichni steki Priyednannya oligomerivZgidno polozhen gipotezi svitu PAV pislya togo yak do kilec poliaromatichnih spoluk priyednalisya azotisti osnovi promizhok mizh osnovami stav zapovnyuvatisya molekulami vidpovidnogo rozmiru Idealnim kandidatom dlya cogo stali oligomeri formaldegidu yaki takozh buli predstavleni u pervinnomu buljoni Yaksho priyednannya azotistih osnov vidbuvayetsya za dopomogoyu vodnevogo zv yazku to oligomeri formaldegidi priyednuyetsya do azotistoyi osnovi kovalentnim zv yazkom Vid yednannya RNK podibnogo lancyugaZmina umov na rannij Zemli piznishe prizvela do vid yednannya vid PAV RNK podibnih molekul U rezultati vulkanichnoyi aktivnosti vidbulosya korotkochasne zbilshennya kislotnosti navkolishnogo seredovisha vivilnennya kislotnih gaziv oksidu sirki vuglekislogo gazu sho mozhlivo stalo prichinoyu vid yednannya azotistih osnov vid ostovu PAV sho prizvelo do formuvannya RNK podibnoyi molekuli Ale zamist cukrofosfatnogo ostovu u cih molekul buv formaldegidnij ostov ale z takim zhe krokom u 0 34 nm Gipoteza poyavi ribozimivMozhlivo sho pervinni RNK podibni molekuli pochali zgortatisya sami na sebe shlyahom komplementarnogo zv yazuvannya mizh azotistimi osnovami sho prizvelo do formuvannya chastkovo dvolancyugovih RNK podibnih struktur yaki nagaduyut ribozimi Zgodom formaldegidni oligomeri buli zamineni na bilsh stabilni cukrofosfatni molekuli Usi ci mozhlivi scenariyi stali peredumovoyu do stvorennya riznomanitnogo RNK svitu z yakogo viniklo zhittya Div takozhGipoteza svitu RNK Koncepciyi pohodzhennya zhittya na Zemli Policiklichni aromatichni vuglevodniPrimitkiOro J Kimball A P Synthesis of purines under possible primitive earth conditions I Adenine from hydrogen cyanide Archives of Biochemistry and Biophysics T 94 2 s 217 227 doi 10 1016 0003 9861 61 90033 9 Procitovano 29 bereznya 2018 Ehrenfreund Pascale Rasmussen Steen Cleaves James Chen Liaohai 28 chervnya 2006 Experimentally Tracing the Key Steps in the Origin of Life The Aromatic World Astrobiology angl T 6 3 s 490 520 doi 10 1089 ast 2006 6 490 Procitovano 29 bereznya 2018 Garcia Hernandez D A Manchado A Garcia Lario P Stanghellini L Villaver E Shaw R A R Szczerba Perea Calderon J V 2010 Formation of Fullerenes in H containing Planetary Nebulae The Astrophysical Journal Letters angl T 724 1 s L39 doi 10 1088 2041 8205 724 1 l39 ISSN 2041 8205 Procitovano 29 bereznya 2018 Lincoln Tracey A Joyce Gerald F 27 lyutogo 2009 Self Sustained Replication of an RNA Enzyme Science angl T 323 5918 s 1229 1232 doi 10 1126 science 1167856 ISSN 0036 8075 PMID 19131595 Procitovano 29 bereznya 2018 Ce nezavershena stattya z evolyucijnoyi biologiyi Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi