• Problém x hodnoc • Vznik žnV^H • pravdep« předka (] • kritika z Definice Muller (19 Africa The uranium isotopes found at Ofeto strongty resemble those in the spent nuclear fuel generated fay today's nuclear power plants. A NA ZEMI rátkodobá výhoda, nebo náhoda, a lu, z hlediska dlouhodobých důsledků ^ešení příliš nepomůže Inešní organismy potomky jediného atd.) 'dokázal vytvořit život ve zkumavce 1970 Sol Spiegelman: evoluce RNA ve zkumavce RNA, nukleotidy, RNA replikáza (Qß) —> evoluce V 2iiik života Start A * U C u «s Transfer 1 nv^ C A A U C Transfer 2 incubation for time T incubation for time 7 Last transfer incubation for time T y 2nik života Spiegelmanuv experiment nevysvětluje vznik života Figure 143 Sol Spiegleman's experiment with Qß RNA The graphs show the accumulation of Qp RNA over many serial transfers from one test tube to another. In each test tube, a small amount of Q^ RNA from the previous tube is mixed with some purified Qß replicase protein and the four ribonucleotide triphosphates, incubated for the length of time indicated on the x-axis, and then transferred to a new tube containing fresh replicase and nucleotides. After the fourth transfer, the RNA had evolved a new phenotype in that it could no longer infect f. coli bacteria (inset).The RNA from the 7Axh transfer had evolved a base composition that was about 5% different from the original Qr RNA and was only 1 7% the length of the original % RNA. From Fig, 1, p. 219, in Mills et al. (1967). Reprinted by permission of the author. E tu 6n 5H ° 3H CT o £ CO «3 2- 0 => metabolismus Klíčové evoluční momenty: Vinik života 1. vznik replikátorů 2. kompartmentace replikátorů 3. vznik chromozomů 4. vznik DNA a genetického kódu 5. vznik eukaryot 6. vznik pohlaví 7. mnohobuněčnost 8. society 9. vznik jazyka 1) jednoduché organické sloučeniny mohou vzniknout z anorganických 2) katalytické vlastnosti replikátorů včetně autoreplikace 3) přírodní výběr v neživých systémech replikátorů 4) lipidové membrány mohou vzniknout spontánně 5) evoluce proteinových enzymů (genetický kód) y inik života Dinosaur extinction 65 million years ago End-Permian mass extinction 250 million years ago Cambrian radiation 540 million years ago 3,5-3,8 mld.: nejstarší horniny - formace Isua, JZ Grónsko: 3,75 mld. - Warrawoona chert, Apex chert -Pilbara Range, Z Austrálie: 3,5 mld. mikrofosilie DNA-based life RNA World? • ca. 14 mld.: „Velký třesk" • 4,55 mld: výbuch supernovy, vznik Sluneční soustavy • 4,2 mld: konec bombardování, ochlazení C 02 atmosphere 2.5 bi f I ion years ago Abundant life 3.5 billion years ago Oldest terrestrial rocks 3.8 billion years ago Heavy ^^ bombardments ends 4 billion years ago Earth forms 4.5 billion years ago Soiar system condenses from interstelllar dust cloud T Universe begins with Big Bang 16 billion years ago y inik života 'jA ««_si~i ££«._**% y 2uik života Kde vznikl život? • jednoduché organické sloučeniny mohou vzniknout z anorganických. Vznik organických sloučenin: 1953 Stanley Miller, Harold Urey - NH3, CH4, H2, H20 —» AA, močovina, k. octová, k. mléčná Stopcock for admitting Hu CH^ and KH, \ I* Water "ocean y inik života (a) AACUUUGAGA-U-G-G-CCUUG 2 J I I I I I I I III C (b) G GGGACUCU G GGAAA .G U AUU G G A C U-A A-U substrate u G a c [see part (b)] £ A c-G ^ G-C A-U a G-C A-U a A-U A-U a 5' C-G I A u-G U-G U-A c-G A-U U-A u-A U-A U-A c-G U-G C-G u-G G-C U-C C-G-A-A-A-A-U-A-G-CAAGACCGUCAAAUU-Ä i i f ] i ii CUGGCUGU G A AGAAGGG i i i i i i A A~ A-U C-G C-G A-U U-AAU J A G-CGA A-U C-G U I U-A G-C C-G C-G G A A C C C A A A-U C-G U-G G-U G-C G-C G U A A A A A A G~C G-C í A G-C C-G G-C Substrate Mg ++ i i ,AA GUCCU l l i AA UCAACAGMU i i i i i i i C GU, CUUGACGUAGG U AUAGUUGUCuU AAUCAGACA U i...... i i i i i i AUUCUUCUC AU A AG AU AUAGUC-GGACC-G- U-A C-G U I C-G C-G U U mm 3' U AA — C-G—G—A-UUUGGAGUACUCG U-G A-U I A-U C-G OH G-C U-A C-G A-U G-C A-U G-C U-A A G U G U A U U G G G U A G U-A A-U A-U G-C U-A U-A G-U G-C C-G A A G A U A A A G C Ribozyme Substrate binds to 51 end of ribozyme by complementary! base pairing Ribozyme catalyzes cleavage of substrát J and attachment of part of substrate to; end of ribozyme y inik života přírodní výběr v neživých systémech replikátorů hše RNA, RNP Nucleotide Ribose \ and Adenine ,X PhosPhate Guanine C n \ / \ Cytokine Uracü (A) Reactive nucleotides form (B) Minerals catalyze polymer formation Catalyst Noncatalyst r a -c -G kc -G -C rG ~U -C ha -u -G k -A -G he -C -G hU -c -U f-c -■•€ -A r-G -u -C hU -A -G r* m> Random strands of RNA Catalyst Nucleotides \- A - u A f- C -G -i h g c ^ y- A- u -I kC-G-j f— O-G "i h u -a n h u-a-j Complement ■ A-U H ■ O-G A • G--C H ■ A-U H ■ C-G H ■ O-G H ■ U-A H ■ CG H G C H •U-A H (C) Template-directed copying begins (D) Copying is completed Eigen (1971): celková velikost samoreplikujícího se genomu <100bp x genom příliš malý pro funkční proteiny--------► Eigenův paradox • hypercykly: stabilní koexistence 2 a více kooperujících replikátorů kompetice molekul RNA se svými mutantními kopiemi (selekce) absence kompetice mezi elementy cyklu kompetice celého systomu s jinými cykly nebo individuálními replikátory možnost kontaminace „parazitickými" replikátory => omezená velikost cyklu, nutnost kompartmentace replikace NA replikace NA enzym 6 translace Q^^f 9> / translace :e f* enzym 5 r\ fí translace replik NA ikace i^ vfc JÁ V \ \ replikace NA translace enzym 2 enzym 4 ^^ translace N/\/\/V fJt.... ^-CJ translace replikace NA replikace NA enzym 3 y inik života Problémy: pravděpodobně nehostinnej ši podmínky - bez metanu a čpavku, silné U V obtížná syntéza RNA vznik ribózy - současně i další cukry, které syntézu inhibuji fosfor v přírodě poměrně vzácný samovolný vznik rozvětvených, nikoli lineárních lipidů Alternativy: Cairns-Smith - krystalický jíl (^ urgen jako „lešení") Schwarz a Orgel - glycerofosfát Rebek - AATE (amino adenosin triacid esther) Vznik života na povrchu pyritu - Günter Wächtershäuser----■ termodynamika: na povrchu nižší entropie Prebiotícká pizza kinetika: vyšší pravděpodobnost srážky molekul dodávání iontů (pyrit, ne jíl) vnik lineárních lipidů snadnější odstraňování molekul vody s pontánní vznik lípidových membrán: semibuňka —> protobunka —> buňka Vinik života • heterotrofie x autotrofie • kompartmentace —> „kanalizování" metabolických procesů, přímý transport metabolitů • na povrchu pyritu shluky [2Fe-2S] nebo [4Fe-4S] —> možné prekurzory ferredoxinů, pyridoxalfosfátu, folátů, kofaktorů (NAD) • ústřední role acetyl-CoA • chemoautotrofie nebo fotoautotrofie „olej na vode46, „voda na oleji46 y inik života Strom života termofilní metanogenní Eubacteria Archaea Archaebacteria Eukarya (Eukaryota) y inik života Vznik chromozomu Vznik genetického kódu • „frozen accident" • metabolická funkce -o i—r * rnr Změny" v buňce fP ÍR* I M I I I I I I I I I 1 I I J i i i i i i i i i i i i i i Změny v buňce \ Evoluce \ Q I M I I M I J I I I I II _ I I I I I I I I I I I I I I I VZNIK EUKARYOT 18 endoplazmatické retikulum ribozomy mikrofilamenty v kortikální vrstvě cytoplazmy kortikální vrstva cytoplazmy systém mikrotrabekulů mitochondrie Vinik života Tom Cavallier-Smith: • ztráta buněčné stěny • nutnost vytvoření endoskeletu • flexibilita, pohyb, fagocytóza • vchlipování membrány —» ER, jaderná membrána • Mereškovskij (1910), Lynn Margulisová (1970,1981): endosymbioza • mitochondrie: purpurové nesirné bakterie, ztráta fotosyntézy • chloroplasty: sinice, ztráta respirace • peroxizomy: G+ bakterie • mikrotubuly: spirochéty Eubacteria Strom života Archea (Archaebacteria) V 2iiik života Eukarya (Eukaryota) ß a Eubacteria (E. coli) mitochondrie (kráva) chloroplasty (tabák) Archaea {Sulfolobus) Eukaryota (rostliny, houby) Eubacteria {E. coli) chloroplasty (tabák) Archaea {Sulfolobus) Eukaryota (rostliny, houby) Vinik života 1. vznik replikátorů 2. kompartmentace replikátorů 3. vznik chromozomů 4. vznik DNA a genetického kódu 5. vznik eukaryot 6. vznik pohlaví 7. mnohobuněčnost 8. society 9. vznik jazyka Konflikt selekcí na různých úrovních: • kontrola replikace x B chromozomy, transpozice • spravedlivá meióza x meiotický tah • diferenciace somatických buněk x nádorové bujení • nereprodukční kasty x včelí dělnice kladou vajíčka