Ďalší krok na ceste späť – k počiatkom pozemského života  
Ako mohla prvotná živá pozemská bunka vyzerať? Ako mohla prijímať živiny z okolitého prostredia, rásť, kopírovať nejakú informáciu, zakódovanú do reťazca nukleotidov a deliť sa? To doposiaľ nevieme a ani príroda nám neposkytuje žiadne zachované hmotné indície. Výsledky výskumného projektu Lekárskej fakulty Harvardovej univerzity aspoň poskytli model a spôsob ako skúmať možné interakcie prvých pozemských buniek s ich prostredím pred vyše 3,5 miliardami rokov.

 



Nie je jednoduché sa cez súčasné, vývojom zdokonaľované zložité štruktúry dopátrať k najjednoduchšiemu počiatočnému modelu.

 

Zobrazenie modelu protobunky s priemerom asi 100 nanometrov (asi desaťtisícina milimetra). Povrchová membrána, tvorená molekulami mastných kyselín umožňuje živinám a nukleotidom prechádzať dovnútra bunky a podieľať sa na neenzymatickom kopírovaní DNA vo vnútri bunky. Pre novovytvorené vlákna DNA je membrána už nepriechodná, preto zostávajú v protobunke. (Credit: Janet Iwasa, Szostak Laboratory, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital)

Ten istý obrázok s vysokým rozlíšením.

Tím vedcov z Lekárskej fakulty Harvardovej univerzity vytvoril laboratórny model simulujúci možnú cestu k vzniku prvotnej bunky – protobunky – ktorá je schopná sa deliť a zo svojho okolia pasívne získavať látky nevyhnutné na rast, tvorbu genetickej informácie a jej kopírovanie.

Zvětšit obrázek
Jack Szostak, šéf výskumného tímu Lekárskej fakulty Harvardovej univerzity

“Zistili sme, že molekuly mastných kyselín sú najpravdepodobnejšími zložkami prvotných bunkových membrán s veľmi odlišnými vlastnosťami než majú tie súčasné, ktoré potrebujú špecializované membránové čerpadlá, kanály, či póry na kontrolu toho, čo vstupuje dovnútra, či vychádza z bunky von” – vysvetľuje vedúci výskumného tímu Jack Szostak.  Práve veľmi sofistikované bariéry lipidových membrán súčasných buniek s vyvinutými zložitými transportnými funkciami komplikujú pochopenie vzniku molekulárneho života a zamedzujú úvahy o možnom heterotrofnom (pasívne získavajúcom organické látky z okolia ako zdroj energie) spôsobe života prvotnej bunky, tvrdia autori v úvode článku, ktorý vyšiel začiatkom júna v elektronickej prílohe časopisu Nature – Nature"s advance online publication.

 


Lipidové dvojvrstvy – jednoduchý mechanizmus, zaujímavé vlastnosti
Vo všetkých bunkách predstavujú lipidové dvojvrstvy univerzálny základ štruktúry plazmatických membrán. Taká membrána môže rásť, alebo sa deformovať bez narušenia celistvosti, po poškodení je schopná rýchlej regenerácie. Tajomstvo týchto vlastností je ukryté vo vlastnostiach molekúl tukov, ktoré majú hydrofilné (“vodomilné“, na vodu sa viažuce) časti – hlavičky, a jeden, či dva  hydrofóbne (vodoodpudivé, „vody sa bojace“) uhľovodíkové konce. To spôsobuje, že sa molekuly vo vodnom prostredí spontánne zgrupujú. Nerozpustné, nepolárne hydrofóbne konce sa snažia chrániť sa pred kontaktom s vodou práve pomocou vrstvy polárnych hydrofilných hlavičiek, ktoré sa cez elektrostatické väzby, či vodíkové mostíky viažu na okolité, tiež polárne molekuly vody. Tak vznikajú drobné guľovité zoskupenia molekúl mastných kyselín – micely.


 

 

Zvětšit obrázek
Podmienky v okolí podmorských hydrotermálnych komínov Ďalšie podrobné informácie o súčasných poznatkoch a teóriách vzniku života na Zemi: Universe Review

V závislosti od koncentrácie a pH okolia sa micely môžu spájať a vytvárať dvojvrstevné membránové plochy. Nie je zložité pochopiť, ako fyzikálne podmienená snaha o najvýhodnejšie usporiadanie vedie nielen k tomu, že sa každá trhlina v takejto štruktúre rýchlo zacelí, ale ani to, ako sa otvorené dvojvrstvy uzavierajú do akýchsi guľovitých tvarov podobných mechúrikom, či váčkom (autori tieto štruktúry nazývajú vezikulami, podľa veľmi podobných transportných uzavretých štruktúr vo vnútri buniek, tiež tvorených z bunkových membrán).

 

 
Animácia procesu spájania sa micél cez dvojrstvové plochy do vezikúl.
Práve tieto dvojvrstvové guľovité štruktúry z molekúl mastných kyselín vedci použili ako laboratórne modely protobunkových membrán.

 

 

Aj plazmatické membrány súčasných buniek tvorí súvislá dvojvrstva najčastejšie z fosfolipidov, menej sterolov, či glykolipidov. Do nej sú však vnorené mnohé, vysoko selektívne, proteínové kanály a pumpy, ktoré zabezpečujú prenos špecifických látok dovnútra bunky, alebo von z nej.  Ale ani samotné lipidové dvovrstvy nie sú voči látkam v okolí úplne inertné. Už dávnejšie je známe, že nimi môžu prechádzať malé nepolárne molekuly napríklad kyslíka, či kysličníka uhličitého. Pre veľké polárne molekuly, alebo ióny je dvojvrsva nepriechodná.


Szostakov tím preskúmal dvojvrstvy  tvorené rôznymi molekulami mastných kyselín, aby identifikoval špecifické vlastnosti, ktoré membránu robia viac, či menej priepustnú pre potenciálne molekuly stavebných látok. Potvrdilo sa, že pre veľké molekuly, napríklad reťazce DNA, alebo RNA predstavuje nedobytnú hranicu. No jednoduché cukry, či jednotlivé nukleotidy (základné stavebné prvky nukleových kyselín DNA a RNA) môžu takouto bariérou prechádzať pomerne ľahko.


Pri výskume týchto jednoduchých protobunkových membrán však vedci použili špeciálne pripravené, aktivované nukleotidy, ktoré sú schopné vytvoriť kópiu reťazca DNA podľa vzorového vlákna bez toho, aby k tomu bol potrebný enzým polymeráza, inak nevyhnutná pri replikácii nukleových kyselín. Ak do vnútra uzavretej guľovitej membrány (vezikuly) vložili vzorový reťazec DNA a do okolitého prostredia pridali aktivované nukleotidy, zistili, že vo vnútri sa vytvoril ďalší reťazec, komplementárny k tomu pôvodnému. Vznikol tak vlastne „klasický“ úsek postupnosti bázových párov.

 

 

 
Teoretický scenár tvorby mastných kyselín na povrchu určitých minerálov hlboko pod zemou a ich transport na zemský povrch pomocou výtryskov gejzírov. Animácia.

Aj keď na začiatku si vedci neboli istí, že aktivované, teda nie neutrálne stavebné jednotky budú schopné preniknúť cez membrány z dvojvrstvy molekúl mastných kyselín, ukázalo sa, že sa to nielenže udiať môže, ale že v skutočnosti sa to deje celkom efektívne. Tým sa výrazne posunuli k cieľu – vytvoriť model protobunky,  ktorá by bola schopná stavebné látky absorbovať z okolia, rásť, vytvárať kópie nukleotidových reťazcov a deliť sa. A to všetko v reálnom prostredí, aké bolo napríklad v dávnych hydrotermálnych prameňoch. Mnohí predpokladajú, že napríklad to boli miesta, kde ešte pred vznikom života sa vytvorili pre takýto scenár vývoja potrebné prebiotické molekuly mastných kyselín a aminokyselín.


 

 

Odporúčaná stránka s animáciami:
EXPLORING

Building the protocell

 

Zdroj:
ScienceDaily
National Science Foundation

 

 

Datum: 11.06.2008 00:19
Tisk článku

Související články:

Život na Zemi možná vznikl o 700 miliónů let dříve     Autor: Ota Beran (09.07.2008)



Diskuze:

Youtube video o tejto praci

Chlievik,2008-06-13 21:54:08

http://youtube.com/watch?v=U6QYDdgP9eg

Odpovědět

Videa

Filip,2008-06-12 22:49:55

Ty videa jsou opravdu nádherná...Ty vídea sú velmi pekné.

Odpovědět

Děkuji za hezké články

JirkaF,2008-06-12 19:31:29

napsané krásnou slovenštinou. Stydím se za svého jmenovce, který se projevil jako šovinistický pologramotný blb.

Pište dál a nenechte se podobnými "inteligenty" otrávit.

Držím palce a těším se na Váš další článek.

Odpovědět


Připojuji se

Ccecil,2008-06-13 16:11:02

Nenechte se prosím otrávit hlupáky, co umí jen kritizovat a pořád se jim něco nelíbí, přičemž sami jsou myslenkově i produkčně impotentní.

Odpovědět

Díky za zajímavý článek...

mag,2008-06-12 15:58:37

...a pěknou slovenštinu. Často se setkávám se slovenskými studenty, kteří se během studia v ČR natolik "adaptují", že to potom vypadá, že neumějí ani česky ani slovensky. Takže slovensky píšícím autorům držím palce, ať si svůj krásný jazyk udrží. Někoho sice "strašně namáhá to překládat", ale celkem jistě hodně lidí "strašně namáhá" i přemýšlet, takže o nic nejde...

Odpovědět

slovenština

čech,2008-06-11 22:46:12

Přeložte to někdo do češtiny :D Mě to strašně namáhá to překládat :D

Odpovědět


Vážený pán čech (Čech)

Dagmar,2008-06-12 09:51:07

úplne zodpovedne môžem tvrdiť, že na Slovensku tí, ktorí sa zaujímajú aspoň okrajovo o vedecké poznatky s češtinou problém nemajú. Je mi ľúto, že v tak blízkej krajine, s tak príbuzným jazykom a dlhou spoločnou históriou, to obrátene neplatí. Pod každým článkom je však uvedený zdroj informácií. Samozrejme v angličtine.
Jinak není problém to napsat i v češtině. Jenže tahle stránka má hodně přístupů i ze Slovenska, co ji jistě jenom prospívá. Proč by tedy neměla být dvoujazyční, že?
Autorka slovenských příspěvků.

Odpovědět


..

Jirka,2008-06-12 10:11:52

Kamarád je entomologem v Brazílii. Možná by mohl přispívat Španělsky. Osel má jistě mnoho přístupů i z Jižní Ameriky, což mu jistě jenom přispívá. Proč by tedy neměl být trojjazyčný? Autor žádných příspěvků.

Odpovědět


slovenština

josef pazdera,2008-06-12 12:18:42

Pane Jirko a další. Osla dělají jeho tvůrci k obrazu svému. Vy jste, krom urážky, nepřispěl k šíření nových poznatků vůbec ničím. Netřeba se rozčilovati zde na Oslovi, neboť ryze českých periodik máte habaděj. Osel byl od počátku brán jako "federální" a jsme rádi, že se to začíná dařit. A jen pro pořádek dodávám, že více než třetina čtenářů je ze Slovenska takže se slovenskými články se u nás setkávat prostě budete (teď už mluvím za slovenské autory ale budiž mi omluvou, že tomu co říkám, věřím).
josef

Odpovědět


Jirko

Duke,2008-06-12 18:54:37

To se ten váš kamarád v té Brazílii asi dost blbě domluví, tam se totiž mluví PORTUGALSKY.

Odpovědět


...

Martin,2008-06-12 19:34:55

Pre nás, čo čítame české knihy od prvého stupňa základnej školy, jazyková bariéra medzi češtinou a slovenčinou neexistuje.

Odpovědět


Ja Slovakum zavidim

jkotek,2008-06-19 12:22:50

Jejich deti budou automaticky umet jeden cizi jazyk, kdezto nase deti budou diky dabovaci snaze verejnopravnich medii v nevyhode :-(
Znamost slovenstiny v ceske populaci je IMO zajimave tema pro nejaky vyzkum. Jen kdo jej zaplati ;-)

Odpovědět

o krôčik bližšie...

Martin,2008-06-11 22:15:37

Tak, a zasa sme o krôčik bližšie k pochopeniu vzniku života.
Inak to, že základom života sú membrány, je dávno známa vec, ale teraz to je konečne podložené aj experimentálne.

Odpovědět


Já se tu zdržuju

martin,2008-06-13 09:50:32

s odpovídáním na panem pulcem zkopírované a zde vylepené bludy a ona to pak cenzura vyřeší prostým smáznutím pulcova příspěvku. To teda pěkně děkuju.

Odpovědět


Jirkovi

Admin,2008-06-14 12:50:49

Martine, je nam to lito, ale Pulec zde šířil své nepravdy a nestačilo mu je vysvětlit jednou, dvakrát třikrát... Psal stále dokola a stále totéž. Na jeho bludy už (kromě tebe) neměl nikdo chuť odpovídat. Jeho strategie stokrát opakované lži vedla k tomu, že admin dostal pokyn jeho příspěvky mazat.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace