Origine e proprietà dei protobionte

il protobionte sono complessi biologici che, secondo alcune ipotesi legate all'origine della vita, hanno preceduto le cellule. Secondo Oparín, si tratta di aggregati molecolari circondati da una membrana lipidica semipermeabile o una struttura simile ad essa.

Questi aggregati molecolari biotici potrebbero presentare una semplice riproduzione e un metabolismo che è riuscito a mantenere la composizione chimica dell'interno della membrana diversa dal suo ambiente esterno.

Alcuni esperimenti condotti in laboratorio da diversi ricercatori hanno rivelato che i protobionts potrebbero formarsi spontaneamente usando come composti i composti organici creati dalle molecole abiotiche.

Esempi di questi esperimenti sono la formazione di liposomi, che sono aggregazioni di piccole goccioline circondate da membrane. Questi possono essere formati quando i lipidi vengono aggiunti all'acqua. Si verifica anche quando vengono aggiunti altri tipi di molecole organiche.

Posso succedere che goccioline simili a liposomi si formino in stagni di tempi prebiotici e questi incorporano casualmente alcuni polimeri di amminoacidi.

Nel caso in cui i polimeri rendessero certe molecole organiche permeabili alla membrana, sarebbe possibile incorporare dette molecole in modo selettivo.

indice

• 1 Proprietà e caratteristiche
  • 1.1 Membrane semipermeabili
  • 1.2 Eccitabilità
• 2 Origine
  • 2.1 Ipotesi di Oparin e Haldane
  • 2.2 Esperimento di Miller e Urey
• 3 Materiale genetico di protobionts
  • 3.1 Mondo di RNA
  • 3.2 Aspetto del DNA
• 4 riferimenti

Proprietà e caratteristiche

I presunti protobionts potevano essere formati da molecole idrofobe che erano organizzate sotto forma di un doppio strato (due strati) sulla superficie di una goccia, ricordando le membrane lipidiche presenti nelle cellule attuali.

Membrane semipermeabili

Poiché la struttura è selettivamente permeabile, il liposoma può gonfiarsi o sgonfiarsi a seconda della concentrazione di soluti nel mezzo.

Cioè, se il liposoma è esposto a un mezzo ipotonico (la concentrazione all'interno della cellula è maggiore), l'acqua entra nella struttura, gonfiando il liposoma. Al contrario, se il mezzo è ipertonico (la concentrazione della cella è inferiore), l'acqua si sposta verso l'esterno.

Questa proprietà non è unica per i liposomi, ma può anche essere applicata alle cellule attuali di un organismo. Ad esempio, se i globuli rossi sono esposti a un mezzo ipotonico possono esplodere.

eccitabilità

I liposomi possono immagazzinare energia sotto forma di un potenziale di membrana, che consiste in una tensione attraverso la superficie. La struttura può scaricare la tensione in un modo che ricorda il processo che si verifica nelle cellule neuronali del sistema nervoso.

I liposomi hanno diverse caratteristiche degli organismi viventi. Tuttavia, non è lo stesso che dire che i liposomi sono vivi.

fonte

Esiste un'ampia varietà di ipotesi che cercano di spiegare l'origine e l'evoluzione della vita in un ambiente prebiotico. Successivamente descriveremo i postulati più importanti che discutono l'origine dei protobionts:

Ipotesi di Oparin e Haldane

L'ipotesi sull'evoluzione biochimica fu proposta da Alexander Oparin nel 1924 e da John D. S. Haldane nel 1928.

Questo postulato presuppone che l'atmosfera prebiotica sia priva di ossigeno, ma sia fortemente riducente, con grandi quantità di idrogeno che ha portato alla formazione di composti organici grazie alla presenza di fonti di energia.

Secondo questa ipotesi, mentre si verificava il raffreddamento della terra, il vapore delle eruzioni vulcaniche si condensava, precipitando come piogge forti e costanti. Quando l'acqua cadeva, trascinava sali minerali e altri composti, dando vita alla famosa zuppa primigenia o al brodo nutriente.

In questo ipotetico ambiente, potrebbero formarsi grandi complessi molecolari chiamati composti prebiotici, che hanno originato sistemi cellulari sempre più complessi. Oparin chiamò queste strutture protobionte.

Quando i protobionts aumentarono la loro complessità, acquisirono nuove capacità di trasmettere informazioni genetiche e Oparin diede il nome di eubionte a queste forme più avanzate.

Esperienza Miller e Urey

Nel 1953, dopo i postulati di Oparin, i ricercatori Stanley L. Miller e Harold C. Urey svilupparono una serie di esperimenti per verificare la formazione di composti organici da semplici materiali inorganici.

Miller e Urey sono riusciti a creare un disegno sperimentale che simulasse ambienti prebiotici con le condizioni proposte da Oparin su piccola scala, ottenendo una serie di composti come amminoacidi, acidi grassi, acido formico, urea, tra gli altri.

Materiale genetico di protobionts

RNA World

Secondo l'ipotesi degli attuali biologi molecolari, i protobionts trasportavano molecole di RNA, invece di molecole di DNA, che permettevano loro di replicare e memorizzare le informazioni.

Oltre ad avere un ruolo fondamentale nella sintesi proteica, l'RNA può anche comportarsi come un enzima e svolgere reazioni di catalisi. A causa di questa caratteristica, l'RNA è un candidato indicato per essere il primo materiale genetico in protobionts.

Le molecole di RNA in grado di effettuare la catalisi sono chiamate ribozimi e possono fare copie con sequenze complementari di brevi tratti di RNA e mediare il processo di splicing, eliminando sezioni della sequenza.

Un protobiont che conteneva una molecola di RNA catalitico al suo interno variava dalle sue controparti prive di quella molecola.

Nel caso in cui i protobionts potessero crescere, dividere e trasmettere l'RNA alla loro prole, i processi di selezione naturale darwiniana possono essere applicati a questo sistema, ei protobionti con molecole di RNA aumenterebbero la loro frequenza nella popolazione.

Sebbene l'apparenza di questo protobion possa essere molto improbabile, è necessario ricordare che potrebbero esserci milioni di protobionts nei corpi d'acqua della terra primitiva.

Aspetto del DNA

Il DNA è una molecola a doppio filamento molto più stabile, rispetto alla molecola di RNA, che è fragile e si replica in modo impreciso. Questa proprietà dell'accuratezza in termini di replicazione divenne più necessaria man mano che i genomi dei protobionts aumentavano di dimensioni.

All'università di Princeton, il ricercatore Freeman Dyson propone che le molecole di DNA possano essere state strutture corte, assistite nella loro replicazione da polimeri di amminoacidi casuali con proprietà catalitiche.

Questa replicazione anticipata potrebbe verificarsi all'interno di protobionts che hanno memorizzato quantità elevate di monomeri organici.

Dopo la comparsa della molecola del DNA, l'RNA potrebbe iniziare a svolgere i suoi ruoli attuali come intermediari della traduzione, creando così il "mondo del DNA".

riferimenti

1. Altstein, A. D. (2015). L'ipotesi progene: il mondo delle nucleoproteine ​​e come è iniziata la vita. Biologia diretta, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologia: vita sulla terra. Educazione Pearson.
3. Campbell, A. N., e Reece, J. B. (2005). Biologia. Editoriale Panamericana Medical.
4. Gama, M. (2007). Biologia 1: un approccio costruttivista. Pearson Education.
5. Schrum, J. P., Zhu, T. F., e Szostak, J. W. (2010). Le origini della vita cellulare. Prospettive di Cold Spring Harbor in biologia, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocula i modelli in origine di vita e biologia sintetica. vita, 5(4), 1700-1702.