Происхождение жизни Воробьев Павел Евгеньевич, К.х.н., доц. Кафедры молекулярной биологии НГУ,
advertisement
Происхождение жизни Воробьев Павел Евгеньевич, К.х.н., доц. Кафедры молекулярной биологии НГУ, Н.с. ИХБФМ СО РАН Формы жизни Клеточные Прокариоты Бактерии Эукариоты Археи Одноклеточные (протисты) Многоклеточные Растения Вирусы (бесклеточные) Животные Грибы Вирусы Вирус гриппа РНК (геном) Белок (внутренняя оболочка) Липиды (наружная мембрана) Белки наружной мембраны: Нейраминидаза Гемагглютинин RUSSELL KIGHTLEY / SCIENCE PHOTO LIBRARY Прокариоты Кишечная палочка (Escherichia coli) HYBRID MEDICAL ANIMATION / SCIENCE PHOTO LIBRARY Царство протистов Euglena gracilis RUSSELL KIGHTLEY / SCIENCE PHOTO LIBRARY Амёбы Животные Клетки животных Аппарат Гольджи Митохондрия Шероховатый эндоплазматический ретикулум Ядрышко Плазматическая мембрана Ядро Рибосома Растения Клетки растений Пероксисомы Митохондрия Хлоропласт Вакуоль Клеточная стенка Ядро Растительная и животная клетки Электронная микрография растительной клетки (раскрашенная) Основные органеллы. Ядро Гладкий эндоплазматический ретикулум Шероховатый эндоплазматический ретикулум Шероховатый ЭПР Клеточная стенка Плазмодесма Аппарат Гольджи Митохондрии SEM Хлоропласты Наружная мембрана Граны Тилакоиды Строение мембран Модель фосфолипидного бислоя Мембранные белки Функции мембранных белков Полисахариды наружной мембраны Наружная поверхность плазматической мембраны По данным атомно-силовой микроскопии Цитоскелет Теории происхождения жизни Теория панспермии Анаксагор, V век до н.э. Г. Гельмгольц С. Аррениус, 1907 г. Ф. Хойл, 1985 г. Теория биогенеза Л. Пастер, 1865 г. Живое - из живого Теория абиогенеза А.И. Опарин, 1924 г. Дж. Холдейн Земля 4 млрд лет назад Литосфера Гидросфера Al, Ca, Fe, Mg, Na, K, Si Менее 1/10 объема современного океана рН 8-9 Атмосфера Восстановительная СН4, NH3, H2O, H2 Слабоокислительная CO2,СН4, NH3, H2O, N2 Нейтральная СН4, H2O, N2 Источники энергии ккал/см2год Солнечное излучение (видимая область) 17 000 Ультрафиолетовое излучение 30 Радиоактивность 47 Вулканическое тепло 0,15 Электрические разряды 4 Температура 20-200оС Экспериментальный подход 1953 г. Юри и Миллер СН4 + NH3 + H2O глицин, аланин, аспартат, глутамат O O O H H H H2N C C H2N C C H2N C C H2N C C H2 OH CH2 OH CH2 OH CH OH O 3 CH2 C HO O C HO O Эксперимент Юри и Миллера Продукты абиогенного синтеза Моносахариды Азотистые основания Нуклеотиды и нуклеотиды Аминокислоты Жирные кислоты Порфирины Синтез протобиополимеров Уилсон - катализ соединениями серы Поннамперума - синтез полипептидов и нуклеотидов под действием ультрафиолетового света Оро - высокая температура (водные растворы) Фокс - высокая температура (безводные среды) высокомолекулярные полипептиды (протеиноиды) Кальвин - конденсация мономеров в водных растворах HCN - полисахариды, липиды, РНК Качальский - теория адсорбции - гетерогенный катализ Стейнман - закономерности абиогенного синтеза пептидов Теория биопоэза Дж. Бернала 1. Образование биомономеров 2. Образование биополимеров и их эволюция. Образование систем с обратной связью 3. Образование мембранных структур и пробионтов (первых клеток) Липиды Стеариновая кислота Фосфолипид O HO C CH2 CH2 CH2 ... O CH2 O C CH2 CH2 CH2 O CH O C CH2 CH2 CH2 O CH2 O P O CH3 ... CH3 ... CH3 O Липосома Вода Вода Нейтральные жиры насыщенные ненасыщенные глицерин жирные кислоты Фосфолипиды Сфинголипиды жирная кислота сфингозин Холестерин Догма ДНК РНК Структура ДНК Структура РНК Малая субъединица рибосомы РНК большой субъединицы Структура теломеразы Рибозим Hammerhead Рибозим Hammerhead Синтез белка на рибосоме Селекс: молекулярная эволюция в пробирке Исходный набор случайных последовательностей РНК Мутагенез и создание разнообразия молекулярных вариантов Отбор последовательностей с максимальной активностью Восстановление исходной численности репликацией отобранных вариантов Итоговая популяция последовательностей с максимальной активностью Комбинаторная библиотека N16-N25 «Служебная» область. Участок связывания праймеров. Может содержать сайты рестрикции для клонирования, промотор РНК-полимеразы фага Т7 (для наработки РНКбиблиотек) и прочие необходимые последовательности N10-N60 Размеры библиотек Библиотека олигонуклеотидов Амплификация Иммобилизованная мишень Смыв связанных олигонуклеотидов Удаление несвязавшихся олигонуклеотидов Анализ последовательности Аптамер Мир РНК и его эволюция Синтез РНК из мономеров Способность реплицировать себя Синтез белков на матрице РНК С помощью белков репликация и синтез других белков происходит более эффективно; появляется ДНК ДНК становится доминирующим носителем информации. Поток информации ДНК-РНК-белок РНК-интерференция Микро-РНК Экзосомы Мир РНК сегодня
