AZ ÉLET KELETKEZÉSE egy kis kémia a biológiához

Hasonló dokumentumok
Kun Ádám. Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszék, ELTE MTA-ELTE-MTM Ökológiai Kutatócsoport. Tudomány Ünnepe,

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

Prebiotikus szintézisek Könnyű Balázs

A biokémiai folyamatokat enzimek (biokatalizátorok) viszik véghez. Minden enzim. tartalmaz fehérjét. Két csoportjukat különböztetjük meg az enzimeknek

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK AZ ÉLŐ SZERVEZETEK KÉMIAI ÉPÍTŐKÖVEI AZ AMINOSAVAK ÉS FEHÉRJÉK 1. kulcsszó cím: Aminosavak

BIOGÉN ELEMEK Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények számára létfontosságúak

Mária. A pirimidin-nukleotidok. nukleotidok anyagcseréje

A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Transzláció. Szintetikus folyamatok Energiájának 90%-a

1. Bevezetés. Mi az élet, evolúció, információ és energiaáramlás, a szerveződés szintjei

Biológus MSc. Molekuláris biológiai alapismeretek

Metabolikus replikátor modell koncepció Könnyű Balázs

A glükóz reszintézise.

Az RNS-világ. Kun Ádám

Molekuláris / Mikrobiális rátermettség tájképek Kun Ádám

RNS nukleotidok prebiotikus eredete

A felépítő és lebontó folyamatok. Biológiai alapismeretek

Kémiai Intézet Kémiai Laboratórium. F o t o n o k k e r e s z tt ü z é b e n a D N S

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK AZ ÉLŐ SZERVEZETEK KÉMIAI ÉPÍTŐKÖVEI A SZÉNHIDRÁTOK 1. kulcsszó cím: SZÉNHIDRÁTOK

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

ZSÍRSAVAK OXIDÁCIÓJA. FRANZ KNOOP német biokémikus írta le először a mechanizmusát. R C ~S KoA. a, R-COOH + ATP + KoA R C ~S KoA + AMP + PP i

Evolúcióelmélet és az evolúció mechanizmusai

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

BIOLÓGIA ALAPJAI. Anyagcsere folyamatok 2. (Felépítő folyamatok)

3. Sejtalkotó molekulák III. Fehérjék, enzimműködés, fehérjeszintézis (transzkripció, transzláció, poszt szintetikus módosítások)

Energiatermelés a sejtekben, katabolizmus. Az energiaközvetítő molekula: ATP

DER (Felületén riboszómák találhatók) Feladata a biológiai fehérjeszintézis Riboszómák. Az endoplazmatikus membránrendszer. A kódszótár.


Nukleinsavak. Szerkezet, szintézis, funkció

Dr. Mandl József BIOKÉMIA. Aminosavak, peptidek, szénhidrátok, lipidek, nukleotidok, nukleinsavak, vitaminok és koenzimek.

Növényélettani Gyakorlatok A légzés vizsgálata

BIOGÉN ELEMEK MÁSODLAGOS BIOGÉN ELEMEK (> 0,005 %)

Citrátkör, terminális oxidáció, oxidatív foszforiláció

Az anyag- és energiaforgalom alapjai

CHO H H H OH H OH OH H CH2OH HC OH HC OH HC OH CH 2

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

ENZIMSZINTŰ SZABÁLYOZÁS

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak

3. Sejtalkotó molekulák III.

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

CzB Élettan: a sejt

BIOMOLEKULÁK KÉMIÁJA. Novák-Nyitrai-Hazai

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

Tel: ;

Gáspári Zoltán. Élő molekulák az élet molekulái

A bioenergetika a biokémiai folyamatok során lezajló energiaváltozásokkal foglalkozik.

Az élet eredete. Dr. habil.. Kőhidai László egyetemi docens SE, Genetikai, Sejt-és Immunbiológiai Intézet

09. A citromsav ciklus

MITOCHONDRIUM. Molekuláris sejtbiológia: Dr. habil. Kőhidai László egytemi docens Semmelweis Egyetem, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

Glikolízis. Csala Miklós

Farmakológus szakasszisztens Farmakológus szakasszisztens 2/34

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

A felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összességét intermedier - köztes anyagcserének nevezzük.

BIOLÓGIA VERSENY 10. osztály február 20.

CHO H H H OH H OH OH H CH2OH CHO OH H HC OH HC OH HC OH CH 2 OH

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

BIOLÓGIA ALAPJAI. Sejttan. Anyagcsere folyamatok 1. (Lebontó folyamatok)

Nanotechnológia. Nukleinsavak. Készítette - Fehérvári Gábor

TÉMAKÖRÖK. Ősi RNS világ BEVEZETÉS. RNS-ek tradicionális szerepben

BIOKÉMIA. Simonné Prof. Dr. Sarkadi Livia egyetemi tanár.

Poligénes v. kantitatív öröklődés

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

,:/ " \ OH OH OH / \ O / H / H HO-CH, O, CH CH - OH ,\ / "CH - ~(H CH,-OH \OH. ,-\ ce/luló z 5zer.~ezere

Jedlovszky Pál Eszterházy Károly Egyetem, Kémiai és Élelmiszerkémiai Tanszék Tanszék, 3300 Eger, Leányka utca 6

A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

A szénhidrátok lebomlása

A cukrok szerkezetkémiája

Antiszenz hatás és RNS interferencia (a génexpresszió befolyásolásának régi és legújabb lehetőségei)

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

SZERVES KÉMIAI REAKCIÓEGYENLETEK

Az elemek szintézise. Környezeti kémia. Elemgyakoriságok az univerzumban Elemgyakoriságok az univerzumban: lineáris ábrázolás

Zsírsav szintézis. Az acetil-coa aktivációja: Acetil-CoA + CO + ATP = Malonil-CoA + ADP + P. 2 i

BIOLÓGIA ALAPJAI (BMEVEMKAKM1; BMEVEMKAMM1) Előadói: Dr. Bakos Vince, Kormosné Dr. Bugyi Zsuzsanna, Dr. Török Kitti, Nagy Kinga (BME ABÉT)

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK AZ ÉLŐ SZERVEZETEK KÉMIAI ÉPÍTŐKÖVEI A LIPIDEK 1. kulcsszó cím: A lipidek szerepe az emberi szervezetben

Mire költi a szervezet energiáját?

POSZTTRANSZLÁCIÓS MÓDOSÍTÁSOK: GLIKOZILÁLÁSOK

A biokémia alapjai. Typotex Kiadó. Wunderlich Lívius Szarka András

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

Az eukarióta sejt energiaátalakító organellumai

I. A sejttől a génekig

Hamar Péter. RNS világ. Lánczos Kornél Gimnázium, Székesfehérvár, október

A gyógyszerek és a kiralitás

2. Sejtalkotó molekulák II. Az örökítőanyag (DNS, RNS replikáció), és az öröklődés molekuláris alapjai (gén, genetikai kód)

13. RNS szintézis és splicing

Membrántranszport. Gyógyszerész előadás Dr. Barkó Szilvia

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

A sejtes szervezıdés elemei (sejtalkotók / sejtorganellumok)

Gáz halmazállapotú energiahordozók és biohajtóanyagok (biogáz, biohidrogén)

A citoszolikus NADH mitokondriumba jutása

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

Fehérje szintézis 2. TRANSZLÁCIÓ Molekuláris biológia kurzus 7. hét. Kun Lídia Genetikai, Sejt- és immunbiológiai Intézet

2. változat. 6. Jelöld meg, hány párosítatlan elektronja van alapállapotban a 17-es rendszámú elemnek! A 1; Б 3; В 5; Г 7.

FEHÉRJESZINTÉZIS: a transzláció mechanizmusa és a polipeptidlánc további sorsa. Gergely Pál 2009

DNS replikáció. DNS RNS Polipeptid Amino terminus. Karboxi terminus. Templát szál

CIÓ A GENETIKAI INFORMÁCI A DNS REPLIKÁCI

Átírás:

AZ ÉLET KELETKEZÉSE egy kis kémia a biológiához Dr. Kun Ádám, PhD okleveles biológus, okleveles vegyész Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszék ELTE-MTA-MTM Ökológiai Kutatócsoport

TARTALOMBÓL Prebiotikus kémia Önreplikáció Felületi anyagcsere Kompartmentek Kromoszóma Összetett anyagcsere Genetikai kód Fehérje szintézis DNS

Életet létrehozni egyszerű

Életet élettelenből előállítani kevésbé...

Út az élethez Az összetettség növekedése Monomer Makromolekula Protosejtté integrálás Funkció szerzés

Az élet építőelemei AUTO- CATALYSIS Autocatalytic cycles in metabolism Evolution of metabolism A monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise Kiindulási anyagok elérhetőek prebiotikus körülmények között A szintézis útja elképzelhető prebiotikus körülmények között

Az élet építőelemei Funkció Monomer Makromolekula katalizátor (enzim) információ hordozó aminosav nukleotid (bázis, cukor) fehérje DNS / RNS membrán zsírsavak micella, lipid vezikulum

Aminosavak

Aminosavak - Miller-Urey kísérlet Metán (CH 4 ) Ammónia (NH 3 ) Hidrogén (H 2 ) Víz (H 2 O) Elektromos kisülés Aminosavak (glicin, szarkozin, alanin) Stanley L. Miller (1953): Production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science 117:528-529.

Nukleotidok DNS/RNS alkotó elemei Nukleotid = nukleobázis + ribóz + foszfát Guanozinmonofoszfát Adenozinmonofoszfát Uridin-MP dtimidin-mp Citidin-monofoszfát

Nukleotidok - cukrok Formóz reakció Borát felszínen leginkább ribóz CH2O formaldehid CH2O CHO CH 2 OH CHO CH2O CH2O CHOH C O CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH glikolaldehid glicerinaldehid dihidroxiaceton CH 2 OH C O CHOH CH 2 OH ketotetróz CHO CHOH CHOH CH 2 OH aldoktetróz pentóz hexóz Butlerov, A. 1861. C. R. Acad. Sci. 53: 145-147. Ricardo, et al. 2004 Borate Minerals Stabilize Ribose A. Science 303: 196

Nukleotid nukleobázis szintézise Cianid polimerjeként is felfogható az adenin C NH NH 2 H C N + - C N H C C N HCN N C CH N HCN N N C C C C C NH 2 N HN CH NH 2 N C formamidin H 2 N N N H HN CH NH 2 N NH 2 N adenin N N H Zubay, G. and T. Mui (2001). Prebiotic synthesis of nucleotides. Origins of Life and Evolution of the Biosphere 31: 87-102. Orgel, L. E. (2004). Prebiotic adenine revisited: eutectics and photochemistry. Origins of Life and Evolution of Biospheres 34(4): 361-369.

Nukleotid nukleobázis szintézis Meteor becsapódáskor felszabaduló energiák során is keletkezhetnek nukleobázisok Ferus, M., Nesvorný, D., Šponer, J., Kubelík, P., Michalčíková, R., Shestivská, V., Šponer, J. E. and Civiš, S. 2015. Highenergy chemistry of formamide: A unified mechanism of nucleobase formation. PNAS 112: 657 662.

Nukleotid nukleobázis szintézise 2 Formamid, egy egyszerű molekula, ami alapja lehet a nukleotidoknak Saladino, R., Crestini, C., Pino, S., Costanzo, G. and Di Mauro, E. 2012. Formamide and the origin of life. Physics of Life Reviews 9: 84-104.

Nukleotid nukleobázis szintézise 2 Saladino, R., Crestini, C., Pino, S., Costanzo, G. and Di Mauro, E. 2012. Formamide and the origin of life. Physics of Life Reviews 9: 84-104.

Nukleotid nukleotid szintézis Az egész folyamat nem egy helyen játszódik le. A levegő, a víz, de száraz (vízmentes) helyek is kellenek hozzá! Benner, S. A., Kim, H.-J. and Carrigan, M. A. 2012. Asphalt, water, and the prebiotic synthesis of ribose, ribonucleosides, and RNA. - Accounts of Chemical Research 45: 2025-2034.

Nukleotidok - makromolekulák 40-50 tagú oligomerek montmorillonit agyag felszíneken előállnak Montmorillonit vulkanikus hamuból keletkezik Perris, J. P. 2002 Montmorillonite catalysis of 30-50 mer oligonucleotides: laboratory demonstration of potential steps in the origin of the RNA world. Orig. Life & Evol. Biosphere 32, 311-332.

Genetika kémiai alapjai: Bázispárok A C-G és a A-U(T) bázispárok hidrogéngidakkal kapcsolódnak Minden esetben egy nagyobb térigényű bázis (G v. A) van szemben egy kisebb térigényű bázissal (C v. U/T) DNS / RNS kettősspirál

Genetika kémiai alapjai: Bázispárok Kémiailag sokféle bázis elképzelhető 3 hidrogénhíd alakulhat ki A hidrogénhidak akceptor/donor jellege alapján 8 bázispár képzelhető el (16, ha a méretet is figyelembe vesszük)

Membránok - lipidek Glicerin + zsírsavak + foszfátcsoport Hidrofil fej és hidrofób farok Telített vagy telítetlen zsírsavak Prebiotikus körülmények között a hosszú egyenes zsírsavak keletkezése nehézkes.

Membránok - makromolekula Membrán kialakulás A micellák és membránok autokatalitikusan kialakulnak Ön-összeszerelődés (self-asembly)

Az élet építőkövei Funkció Monomer Makromolekula katalizátor (enzim) aminosav fehérje? információ hordozó nukleotid (bázis, cukor) DNS / RNS membrán zsírsavak micella, lipid vezikulum

Enzimek Miért kellenek? Reakciók lassúak (pl. vízkilépés, CO 2 megkötés) Gyorsabbnak kell legyen a lebomlásnál Térszerkezeti problémák Reakciók nem specifikusak (rengeteg mellékreakció is végbemegy) Nem sztereospecifikusak, racém keletkezik Kiindulási anyag Szubsztrát Aktív hely Az enzim alakja kissé megváltozik ahogy a szubsztrátok kötődnek Termékek Szuszbsztrát kötődik az enzim aktív helyéhez Enzim-szubsztrát komplex Enzim-termék komplex A termék elhagyja az enzim aktív helyét

Enzimek - enantiomerek Számos molekula királis, azaz két változata van, amely fedésbe nem hozható, hasonlóan a két kezünkhöz. A két enantiomer biológiai hatása eltérő lehet Racém monomerből nem lehet rendes polimert előállítani. COOH H C NH 2 CH 3 D-alanin H HO H H CHO C C C C OH H OH OH CH 2 OH D-glükóz COOH H 2 N C H CH 3 L-alanin CHO HO C H H C OH HO C H HO C H CH 2 OH L-glükóz

Enzimek ma - DNS-fehérje világ A DNS / fehérje világ előtt Ma élő élőlényekben Az információdns-ben tárolódik Fehérjék az enzimek Fehérje Kódolja DNS Replikál Monomert állít elő

RNS világ egy RNS világ volt RNS enzimként is működhet és információt is tárolhat! Replikálódik, hogy enzimet kapjunk RNS RNS Reakciókat katalizál, monomert állít elő DNS stabilabb és a fehérjék jobb enzimek

RNS világ rá utaló jelek 1 Természetes RNS enzimek (ribozim) Mindegyik RNS hasítást katalizál I. Csoportbeli intronok II. Csoportbeli intronok RNáz P Kalapácsfej Hajtűhurok Hepatitis Delta Vírus és társai Neurospora Varkund Satelite RNS glms ribozim twister ribozim

RNS világ rá utaló jelek 2 Koenzimek: valamilyen specifikus kémiai csoport átadásában résztvevő metabolitok (rengeteg reakcióban) Acetyl koenzim A (koenzim A): acetyl csoport NADH, FADH 2 (NAD +, FAD): hidrogén és elektron ATP (ADP): nagyenergiájú foszfát NADP NAD FAD CoA ATP

RNS világ rá utaló jelek 3 Transzláció mrns trns riboszóma A DNS fehérje átmentet (transzláció) RNS közvetítésével történik Riboszómában a peptidil transzfert egy ribozim végzi!

RNS világ lehetőségei Mesterségesen evolvált enzimek Nukleotid képzés pirimidinből és aktivált ribózból Fehérje szintézis Membrántranszport Redox reakciók (energiatermelés) Legjobb RNS alapú RNS polimeráz kb. 200 bázis hosszú és 98 nuklotidot tud egy templát alapján hozzákapcsolni egy oligonukleotid lánchoz 99.9%-os másolási hűséggel.

A megfejtetlen rejtély nukleotidok Oligo-nukleotidok ásványi felszínen ribozimok RNS IV V 680 c a ugaaauug -U- CguAgCAGU U u g acuuuaac GUaUUGUCA C U ug G A 710 670 UC-G G 700 U A U C-G III A-U C-GA 660 U-A A gcgguaguaagc AgGA A 720 640 650 730 740 C-G GCU AA 5 GUG-A-CGGuAuUggc g uaagag cguucg-ccc u GAACACGA CAC GAC GUUaUgAcug a a 3 770 760 750 780 II VI 690

A megfejtetlen rejtély Kódolja Membrán fehérje RNS DNS monomert állít elő replikálja monomert állít elő

Ajánlott irodalom Szathmáry Eörs és John Maynard Smith 2000. A földi élet regénye. Vince Kiadó. Kun Ádám. 2011. Az RNS Világ. Természet Világa 142: 455. http://kunadam.blogspot.hu/