Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Vad är liv ? NASA Exobiology programme: “Life is a self-sustained chemical system capable of undergoing Darwinian evolution” Ofta krävs också förmåga till.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Vad är liv ? NASA Exobiology programme: “Life is a self-sustained chemical system capable of undergoing Darwinian evolution” Ofta krävs också förmåga till."— Presentationens avskrift:

1 Vad är liv ? NASA Exobiology programme: “Life is a self-sustained chemical system capable of undergoing Darwinian evolution” Ofta krävs också förmåga till identisk reproduktion (Problem:virus) L.E. Orgel : Living organisms are CITROENS – Complex Information, Transforming Reproducing Objects that Evolve by Natural Selection A. Brack : Livet baserar på lilla roboter som kan göra kopier av sig själv och har förmågan utveckla sig (göra fel) vid reproduktionen

2 Ideer om livets upkomst Abiogenes: Spontan utforming av liv ut av abiotiska substanser - Kina: bladlöss generas spontant från bamburör - Indien: Flygor bildas från svett och lort - Grekland: Livet uppstår överalt när förhållanden är fördelaktiga - Van Helmont: Möss uppstår från korn och en svettig skjorta (Vissa forskare är lite tveksam om detta experimentet) - Redi (1688): Fluglarvar kommer inte från rutten kött när man lindar in det (Omne vivum ex ovo) Jan B. Van Helmont ( ) Francesco Redi ( )

3

4 Ideer om livets upkomst - Van Leuvenhoek uppptäckte mikroorganismer (baciller spiriller, kokker) i Många experiment följade för att visa hur mikroorganismerkommer uppstår i vatten (Från luften-Geuze öl, Louis Joblot 1718) - Louis Pasteur (1864): svanflaskexperiment visade att sterili- sation hindrar bildning av mikro organismer Jäsning av Geuze öl L. Pasteur

5 Pasteur’s lycka: Inga sporer i soppan (resistent mot kokning) Några av hans flaskor är fortfarande sterila ! Pasteur : “Teorin om spontan utbildning (Abiogenes) kommer aldrig att återhämta sig från den dödliga slagen av detta enkla experiment”

6 Charles Darwin: Kemisk utveckling av liv “It is often said that all the conditions for the first production of a living organism are present, which could ever have been present.” But if (and Oh! what a big if!) we could conceive in some warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity, etc., present, that a protein compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes, at the present day such matter would be instantly devoured or absorbed, which would not have been the case before living creatures were formed.” Charles Darwin - Utveckling av liv längre process - kemisk utveckling kommer före den biologiska

7 Livets byggstenar - Vatten - Fetter - Proteiner - Kolhydrater - Nukleinsyror

8 Vatten - funkar som dipol - Bildning av H-broar - hydration av jonförbindelser (saltar) - anomali (is flyter på vatten) - egenskaper av vatten möjliggör kemiska reaktioner som är omöjliga i andra lösningsmedel “Vätebroar” i H 2 OHydration Fasdiagramm av H 2 O

9 Fettsyror och lipider Principiell struktur av fetter: Fettsyreglycerolester Det finns mättade, omättade (en dubbelbindning) och poly- omättade (flera dubbelbind- ningar)

10 Egenskaper av fetter Hydrofila och hydrofoba lösningsmedel: Hydrofila lösningsmedel (väte, etanol): Molekyler kan bilda H-broar Hydrofoba (bensin, olja): Molekyler saknar den här möjligheten Hydrofila och hydrofoba lösningsmedel kan inte blandas. Fetter är amphifiler (har hydrofil och hydrofob ända) hydrofilhydrofob

11 Egenskaper av fetter Hydrofila och hydrofoba poler attrahera varandra - kan bilda membraner - membraner organiserar sig i vesikler - grundstruktur för cell- membraner och celler - joner kan inte lätt genom- tränger membranen

12 Kolhydrater Allmän formel C n (H 2 O) n : Kan bildas af formaldehyd genom aldolkondensation (Butelerov 1861) (under närvaro av lera, calciumhydroxid (Ca(OH) 2 ), kalk (CaCO 3 ). - energireservoarer (sockrar, amylose (mjöl)) - strukturbildare (cellulose) A. M. Butlerov

13 Kolhydrater Kan bilda 5-(furanoser) och 6-(pyranoser)ringer Ringerna kan forma polymerer (amylose)

14 Proteiner är polymerer av (20) aminosyror Amino grupp Carboxyl grupp Rest grupp Bindas av polyamid (peptid)- bindning

15 Roll av proteiner - bildar enzymer (biokatalysatorer för biokeiska reaktioner) - är polymerer av (20) aminosyror Enzymer är mycket selektiva och efficienta

16 DNA/RNA - bärare av genetisk information - 5 nukleobaser - bunden till ribos - ribosenheter för- knippad med fosfat- broar - DNA har dubbel- strängstruktur - strängerna samman- hålls med H-broar Nukleobas Ribos Fosfor- syra H-bro

17 Nukleobaser - 2 purinbaser (Dubbelring): adenin (A), guanin (G) - 3 pyrimidinbaser: cytosin (C), thymin (T, endast DNA), uracil (U, endast RNA)

18 DNA H-broar selektiva (G-C, A-T), utgör genetisk kod DNA bildar stabil dubbel- helix

19 Proteinsyntes 3-basparar koderar en aminosyra DNA koperas till messenger m-RNA aminosyror förknippas till transporter t-RNA med 3 typiska basparar Ribosomer syntetis- erar proteiner enligt sekvensen

20 Organisk eller anorganisk ? - Tidigare troddes att levande varelser innehåller en “vis vitalis”: Detta skullre omöjliggör att syntetisera “organiska substanser”, t. ex. fett, proteiner från icke-levande “oorganiska” substanser i laboratioriet. Berzelius: “Konsten kan inte kombinera inorganisk materie på samma sätt som levande naturen” Friedrich Wöhler 1898: J. J. Berzelius Ammoniumcyanat “oorganisk” Urinämne “organisk” Gränsen mellan organisk och oorganisk kemi är hel villkorlig F. Wöhler

21 Viktiga klasser av organiska förbindelser Kolväten (RH), R = kolvätegrupp Exempel: Metan R=CH 3 Alkoholer (ROH), Exempel: Metanol R=CH 3 Karboxylsyror (RCOOH), Exempel: Ättiksyra R=CH 3 Aldehyder (RCHO), Exempel: Formaldehyd R=H

22 Viktiga klasser av organiska förbindelser Ketoner (R 1 COR 2 ), Exempel: Aceton R 1 =R 2 =CH 3 Nitriler (RCN), Exempel: Acetonitril R=CH 3 Mättade förbindelser: Bara enkla C-C bindningar i R-gruppen Omättade förbindelser: Dubbel och/eller trippel C-C bindningar i R-gruppen Laurinsyra CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOHOleinsyra

23 Kemisk evolution Strecker-syntes av aminosyror: A. Strecker A. Oparin: Kemisk evolution (i likhet med Darwin’s evolution) “At first we found carbon scattered in the form of separate atoms, in the red hot stellar atmospheres. We then found it as a component of hydrocarbons which appeared on the surface of the Earth.(…) In the waters of the primitive ocean these substance formed more complex compounds. Proteins and similar substance appeared.(…) [They] (…) acquired a more and more complex and improved structure and were finally transformed into primary living beings – the forbears of all life on Earth.” A.I. Oparin

24 Urey-Miller experiment (1953) Urladdning i en CH 4, NH 3, H 2 O och H 2 - leder till bildning av aminosyror Varför dessa gaser ? - CH 4, NH 3, H 2 O och H 2 upptäcktes i gasplaneter - man trodde att de första atmosfärer liknade varandra - Gasplaneter ansågs att ha deras primitiva atmosfär kvar - aminosyresyntes ansags att följa Strecker-mekanism

25 Problem - Jordlika planeter har inte tillräckligt mass att infånga H 2 från solära akkretionsdisken (minsta mass jordmassor) - Jordens (också Venusens och Marsens) atmosfär förändras mycket genom utgassning från jordmanteln och import av komponenter genom komet-och meteoritinslag. - Kanske domineras den första jordatmosferen av CO 2 och N 2 O. - Spår av O 2 hindrar aminosyresyntesen. - Urey-Millersyntesen leder till racemater (blandning av optisk aktiva former, diskuteras senare i detalj)

26 Annan möjlighet: UV-instrålning - Fotolys av atmosfärmolekyler leder till reaktiva radikaler som kan reagera vidare att forma biomolekyler - också beroende av atmosfärens sammansättning - vi kan iaktta sådana processer i atmosfären av saturnmånen Titan

27 C NH N C R n Tholin (möjlig struktur) N + C 2 H 4  CH 3 CN + H nRCN + nHCN  Exempel: Titan’s jonosfär - Saturnmånen Titan har en atmosfär som domineras av N 2 - spår av CH 4, andra kolväte och HCN (cyanväte) närvarande - genom solvinden och UV bryts N 2 ned. N 2 + h  2N N-atomer kan reagera vidare: Nitriler kan reagera vidare: Tholiner bildar Titan’s dimma

28 Tholiner Titan’s haze layer from Cassini H2OH2O amino acids, nucleobases Titans dimma Tholiner kan hydrolysera:

29 Ingen syntes Primitiv jord ? Venus, Mars (jorden nu) CO 2 + N 2 + H 2 O (+O 2 ) RH (mest mättad) HCN, andra nitriler (mättad) H 2 CO, andra aldehyder, ketoner Fast: Aminosyror efter hydrolys Primitiv jord ? CO 2 + N 2 + H 2 O + CO/H 2 HCN, oxygenated organic compounds Fast: Aminosyror efter hydrolys CO + NH 3 + H 2 O RH (mättad & omättad) H 2 CO & other aldehydes with low yields Fast: Organiska syror RH (mättad & omättad) HCN & andra nitriler ((mättad & omättad), också HC 3 N and C 2 N 2 H 2 CO, andra aldehyder ketoner & alkoholer Fast: Aminosyror & kväveheterocyclar efter hydrolys Titan, Triton CH 4 + N 2 (+ H 2 O) RH (mest mättad ) HCN RCN (mättad ) if N/C <1 RNH 2 om N/C >1 H 2 CO, andra aldehyder Ketoner & alkoholer Fast: Aminosyror efter hydrolys RH (mättad & omättad) HCN & andra nitriles (mättad) RCO 2 H H 2 CO, andra aldehyder Ketones & alcohols Fast: Aminosyror & kväveheterocyclar efter hydrolys Jätteplaneter CH 4 + NH 3 + H 2 O (+ H 2 ) FotolysElectrisk urladdning Organiska produkter Motsvarande planetatmosfär Gasblandning

30 - Det är mycket svårt att få informationer av tidiga jordens atmosfär. - Chyba och Sagan (1992) upsskattade att produktionen a biomolekyler genom atmosfärprocesser kan variera stort vid ändring av atmosfärens sammansättning. Betydelse av atmosfärprocesser i syntes av biomolekyler

31 Hydrothermal vents

32 Hydrothermal vent - finns i närheten av sprickor mellan oceaniska plattor - vatten tränger i och förångas - vattenånga medför gaser (H 2, H 2 S CO, CO 2, CH 4 ) - hög temperatur (350 o C) - vatten i omkrets kring 4 o C - lera och mineraler verkar som katalysatorer - brå förhållanden för molekylsyntes - …….men också för deras förstörning

33 Leverans genom meteoriter och kometer Molekyltäthet i förhållande till vatten i kometer

34 Syntes av mer komplicerade förbindelser-purinbaser - 2 purinbaser (adenin, guanin) i DNA/RNA - syntes genom polymerisering av HCN via diaminomaleonitril (Ferris & Orgel, 1966)

35 Syntes av mer komplicerade förbindelser-pyrimidinbaser

36 Syntes av mer komplicerade förbindelser-proteiner - bildning av proteiner/peptider energetisk ofördelaktig i vatten (men fördelaktig i gasfasen) - Möjlighet: Katalys på mineralytor - eller peptidbind- ning med hjälp av aerosoler Kräver energi i vatten

37 Möjliggörs p. g. a. amphifil karaktär av aminosyror (polar huvud, opolar svans) Abiotisk syntes av DNA/RNA även svarare att förstå

38 Kiralitet - en egenskap av många biomolekyler Det finns olika former av kiralitet, den viktigaste formen är centrokiralitet: Om en kolatom har bunden till 4 olika atomer/grupper, finns det två olika enantiomerer, som förhåller sig som bild och spegelbild, och inte är kongruenta. Händerna har samma egenskap, därför hetar den kiralitet (från grekisk  = hand. Som man ser, har aminosyror (bortsett från glycin) den här egenskapen.

39 Egenskaper av enantiomerer Enantiomerer har samma fysikaliska och kemiska egenskaper, utanför en: I lösning vrider de polarisationsytan av ljus åt olika håll. Kiralitet upptäcks av L. Pasteur i vinsyra Vinsyrans enantiomerer bildar kristallar som förhålla sig som bild och spegelbild

40 Nomenklatur av kirala förbindelser D-L nomenklatur (Fischer) Man tecknar molekylen så att längsta kolkedjan är vertikal, och den högst oxiderade ändan visar upp. Om den tyngste atom eller atomgrupp, som är bunden till kirala atomen visar till höger, talar man om D(dexter)-formen, i andra fallet om L(laevus)-formen. under ytan över ytan Emil Fischer

41 Andra nomenklatur: R-S Man vrider molekylen att den lättaste atom(grupp), som bindar till den kirala atomen visat nedåt (bakom pappersytan) Sedan numerera man de 3 andra atomer efter nedgående tyngd. Om de är lika, avgör de atomer som är bunden till den (Dubbelbindningar räknas som 2 bindningar till samma atom, och trippelbindningar som 3). Om numerering löper medurs R(rectus)-form, om moturs S-sinister(form) COOH C H CH 3 NH HOOC C H CH 3 NH S-alaninR-alanin

42 Varför är det viktig för livet ? I naturen hittar man nästan uteslutande L-aminosyror och D- sockrar Var ligger skälet till detta: I rymden eller på jorden ? D-ribos


Ladda ner ppt "Vad är liv ? NASA Exobiology programme: “Life is a self-sustained chemical system capable of undergoing Darwinian evolution” Ofta krävs också förmåga till."

Liknande presentationer


Google-annonser