Entstehung und Evolution v Entstehung und Ev o olution v n Leben Manuela Gober 30.J uni 2011

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1 Entstehung und Evolution von Leben Manuela Gober 30. Juni 2011

2 DIE PRAEBIOTISCHE ERDE Mögliche Atmosphärenzusammensetzung nach Urey und Miller: H 2, CH 4, NH 3 und H 2 O Oberflächentemperatur: ~ 100 C Hoher Luftdruck

3 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 entsteht ohne Enzymproteine Lösung: Cricks Postulat: Informationsfluss fl NUR in eine Richtung - von Nukleinsäuren zu Proteinen Postulat bestätigt (Cech, Altmann): RNA- Moleküle katalytische Funktion

4 Der Weg zur RNA Besteht aus 3 Teilen: Phosphat, Ribose und Base Purine: Adenin, Guanin; Pyrimidine: Cytosin, Uracil; Basen sind Informationsträger Phosphat-Ribose-Gerüst hat Strukturaufgabe Mechanismus für praebiotische Synthese unbekannt- Zufall?

5 Die ersten Katalysatoren Stoffwechsel benötigt Enzyme Enzyme sind: - Proteine -Ribosome Ki Kein Proteinsynthese, ti th daher dh anderes Modell: Wächterhäuser: Protostoffwechsel an Pyritoberfläche

6 Das Problem der Urmembran Heutiges Leben benötigt Wasserstoffquelle Gewinnung des Wasserstoffs: Ozeane Chlorophyll trennt Wasserstoff unter Lichteinfall vom H 2 O ab Abspaltung des Wasserstoffs in H 2 O unter Sonnenlichteinstrahlung notwendig Eisenione

7 Energiequelle der Zelle Kondensationsreaktionen führen zum Austrocknen der Zelle - ATP verhindert dies! ATP in der praebiotischen Welt? Pyrophosphat bzw. Thioester möglicher Vorläufer des ATP

8 Das Durchsetzen der RNA Ersten RNA-Moleküle Zufallsordnung Andere Basen in praebiotischer RNA möglich Grund für AGCU-Alphabet: Basen sind komplementär zueinander Zw. A und U (bzw. T): 2 Wasserstoffbrücken Zw. G und C : 3 Wasserstoffbrücken

9 Das Durchsetzen der RNA RNA ermöglichte erstmals Verdoppelung von Molekülen RNA-Replikation anfänglich höchst ungenau Spiegelmann Experiment: Gemisch mit Qβ-Virus, Replikationsenzym und Bausteine der RNA Replikation (ATP, GTP, CTP, UTP) Ergebnis: entstandene RNA unterschied sich von der Virus-RNA Darwinsche Evolution

10 Die Geburt der Proteine WW zwischen neuer neuer RNA und Aminosäuren Bildung von Transfer-RNA Notwendige Energie von Thioester? Spezifische WW? Proteinsynthese: 1. Amminosäuren-beladene RNA-Moleküle legen sich nebeneinander Verbindung zu Dipeptid 2. Ähnlicher Vorgang Tripeptid n. Polypeptidkette p

11 Das Auftreten der DNA Kettenförmiges Makromolekül Unterschied zum RNA: Thymin anstelle von Uracil Desoxyribose anstelle von Ribose Änderung im Stoffwechsel: datp, dgtp, dctp & dttp Ermöglichte 3 Reaktionen: Inverse Transkription Transkription DNA Replikation

12 Zeit für die Zelle Sinnhaftigkeit der Membranstruktur umstritten Plasmamembran besteht aus- Libid-Doppelschicht (Phospholibide): 2 Teile mit entgegengesetzter Affinität: hydrophilen Kopf hydrophobem Schwanz Hydrophoben Seiten einander zugewandt (Van-der- Waals-Kräfte); Hydrophilen Seiten nach außen

13 Zeit für die Zelle Phospholiphid Doppelschichten komplexe Struktur daher kaum vorhanden in praebiotischer Welt Jedoch leicht herzustellen (mechanische Vibration) eventuell andere Peptide zur Zellabgrenzung

14 Die Zellteilung Tochterprotozellen mussten alles enthalten Sinnhaftigkeit erst durch Zusammenhang zw. DNA-Replikation und Zellteilung

15 Der Miller Urey-Versuch S. Miller und H. Urey (1953) unter bestimmten Umständen Produktion von organischen Stoffen aus anorganischen Stoffen Miller, S.L.

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18 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 bildet Jeweils ein Nucleotidbasen-Triplett bildet Codewort - Codon

19 Mechanismen der Evolution Bei Proteinsynthese Anlagerung der Bei Proteinsynthese Anlagerung der Aminosäuren in Ketten entsprechend den Codons Anwachsen der Aminosäuren zu Proteinen

20 Mechanismen der Evolution Ayala, F. J.

21 Mechanismen der Evolution Ayala, F. J.

22 Mechanismen der Evolution Evolution = Mutation Crossing over & statistische Verteilung der Chromosome erzeugen neue Allel- Kombinationen

23 Ayala, F. J.

24 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. Wiss. Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R. C., Gelbart, W. M., Suzuki, D. T., Miller,,J J. H. (2005) Introduction to Genetic Analysis, W. H. Freeman and Company, New York Miller, S. L. (1953) A Production of Amino Aid Acids Under Possible Primitive Earth Conditions, Science, Vol. 117f, Chicago