Obcell - Obcell

Obcely jsou hypotetické protoorganismy nebo nejranější forma života. Termín poprvé navrhl Thomas Cavalier-Smith v roce 2001. Podle teorie Cavalier-Smithové o vzniku první buňky se spojily dva pohárkovité vesničky nebo hemicely, aby vytvořily protocell s obálkou s dvojitou lipidovou vrstvou, vnitřním genomem a ribozomy, protocytosolem a periplazmou.[1]

Hypotéza

Počátek života a živých organismů je obtížné konkrétně datovat, protože nejranější existence protoorganismů nezanechala žádné paleontologické stopy. Cavalier-Smith tvrdí, že původně to tak bylo prvotní polévka který obsahoval aminokyseliny, stavební kameny pro bílkoviny. Replikace a fosforylace nebyly relevantní, dokud se prebiotická polévka nezačala organizovat do doby „nukleové kyseliny“. I když stále ještě „nežijí“, látky se v tomto období mohly replikovat a procházet organizovanými chemickými procesy. Na základě těchto uspořádaných procesů se svět transformoval do světa obce, který zahrnoval kódování proteinů a chromozomů a symbiotické interakce mezi membránami, geny a enzymy. Obcells pravděpodobně měl jedinou membránu, která byla lipidově hustá a také měla specifickou cytoskeletální bílkoviny, které dávaly vesničkám zakřivení. Tyto kosterní proteiny byly pravděpodobně obsaženy v protoperiplazmě obcell.

Role polyfosfátu

Na základě vysoké koncentrace fosfátu v zemské kůře,[2] univerzální metabolismus pyrofosfát a polyp v moderních buňkách,[3] schopnost abioticky tvořit fosfáty a jeho jednoduchost ve srovnání s nukleotidy a nukleové kyseliny replikace pravděpodobně začala na minerálních površích bohatých na fosfáty a zahrnovala související s fosfáty enzymy. Aby genetický kód existoval, jsou nutné repliky, takže Cavalier-Smith tvrdí, že „polyP kinázy a pyrofosfátové kinázy mohly být mezi nejčasnějšími proteiny kódovanými katalyzátory“. Pokud by existovaly, pak by polyP-vazebné proteiny byly nejužitečnějším zdrojem energie pro obce. Vzhledem k jeho aniontovým vlastnostem je docela pravděpodobné, že zatímco byly ponořeny do prostředí bohatého na nukleotidy a nukleové kyseliny, mohly proteiny vázající polyP polymerizovat s těmito látkami. Proto obcell s exonukleázy připojené k jejich membráně by měly výhodu replikace ve srovnání s těmi, které tak neučinily.[1] V moderních buňkách glukokinázy typicky mají dvě různé domény vázající fosfáty, hlavně obsahující aminokyseliny glycin, threonin, a aspartát.[4] Cavalier-Smith proto navrhuje, aby tyto sdílené domény mohly pocházet z obcí, které se váží na pyrofosfát.[1]

Životní podmínky

Cavalier-Smith tvrdí, že nejpravděpodobnějším místem pro přežití a růst počtu obcí na Zemi bylo rozhraní země - voda, nikoli průduchy oceánského mořského dna.[1] Kvůli jejich pravděpodobné závislosti na energii polyP a pyrofosfátuAdenosintrifosfát ATP „obcells by se pravděpodobně shromažďovaly v oblastech, kde se tyto minerály formovaly ve vysokých koncentracích. Polyfosfát mohl být snadno vytvořen mořským pobřežím v „malých slaných kalužích, porézních sedimentech nebo protosoils“.

Při nižších teplotách jsou nukleové kyseliny stabilnější[5] a lipidy s kratším řetězcem mohou snáze vytvářet membrány.[2] V kombinaci s jejich závislostí na polyP a pyrofosforečnanu jsou nižší teploty na rozhraní země-voda nejpravděpodobnějším stanovištěm pro rozvoj obcí. Za těchto podmínek by extrémní teplotní změny a heterogenita vnějších složek mohly vyvolat ostré změny ve struktuře a funkci kolonizace obcí, což pravděpodobně povede k vývoji protocelul ve srovnání se stabilními teplotami a homogenními vnějšími složkami.[1]

Fosforylace

Ze závislosti obcí na energii polyP a pyrofosforečnanu se jejich metabolismus nespoléhal oxidační fosforylace nebo fotofosforylace. Tyto procesy byly příliš složité pro jednoduchou povahu obcí. Cavalier-Smith nazývá fosforylaci těchto minerálů pro energii z buněk „litofosforylací“, která je jednoduchá a možná z existence kinázy které by mohly katalyzovat proteiny vázající polyP a proteiny vázající pyrofosfáty. Z toho je pravděpodobné, že obce měly tyto kinázy na svých površích, aby reagovaly s těmito vnějšími polyP-vazebnými a pyrofosfátovými proteiny. Polyfosfát a pyrofosfát byly pravděpodobně dost malé na to, aby mohly difundovat do obcí. Proto je také pravděpodobné, že některé z těchto kináz byly v lumenu obce reagovat s těmito proteiny a poté je uložit pro pozdější použití. Toto skladování by bylo výhodné pro obce v dobách, kdy by se koncentrace vnějších proteinů vázajících polyP a proteinů vázajících pyrofosfáty lišila.[1]

Replikace

Divize

Vzhledem k tomu, že obce byly ve tvaru misky a mohly vystavit své chromozomy drsnému prostředí, aby se ochránily jejich genetické informace a jakékoli signalizační faktory, mohly se obce připojit k polyfosfátovým povrchům pomocí místních adhesin bílkoviny. Během dělení začaly dělící proteiny štípat vesnici na polovinu a oddělovat vnitřní komponenty mezi dvěma dceřinými vesničkami. Jak k tomuto sevření docházelo, strukturální integrita membrány začala slabnout a obě poloviny migrovaly směrem k polyfosfát povrch. Adhezinové proteiny by tyto konce připojily k povrchu a rozdělení by bylo úplné.[1]

Fúze

Během několika milionů let se městům podařilo přežít pouze z rozdělení. Nakonec se obce vyvinuly tak, že se spojily v protoorganismy pro větší ochranu jejich vnitřních složek a sníženou pravděpodobnost ztráty oligosacharidy během dělení. Dva vesničky by se navzájem dotýkaly a přilnuly by by společně pomocí adhezních proteinů na okrajích obou. Tato adheze může být také pevnější než na polyfosfátových površích, aniž by to omezovalo dělení a růst. Fúze obcí vyvolávají ve srovnání s rozdělením obcell cytosol. Z toho se membrána začala měnit na cytoplazmatickou stranu a vnější stranu, předběžnou dvojitou membránu moderních protocelul. Aby se zabránilo úplné fúzi vesniček, předpokládá se, že poté, co se dvě vesničky slepily dohromady, adhesinové proteiny nadále fungovaly jako zátky. Tyto body adheze mohly umožnit transport některých látek mezi cytosolem a prostředím, ale mohly se vyvinout do Bayerových náplastí, které jsou přestávkami mezi cytoplazmatickou stranou a vnější stranou membrány v gramnegativní bakterie.[1]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h Cavalier-Smith T (2001). „Obcells jako protoorganismy: dědičnost membrány, litofosforylace a původ genetického kódu, první buňky a fotosyntéza“. J. Mol. Evol. 53 (4–5): 555–95. Bibcode:2001JMolE..53..555C. CiteSeerX  10.1.1.607.8378. doi:10,1007 / s002390010245. PMID  11675615. S2CID  21832452.
  2. ^ A b Deamer, David (červen 1997). „První živé systémy: bioenergetická perspektiva“. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie. 61 (2): 239–61. doi:10.1128/.61.2.239-261.1997. PMC  232609. PMID  9184012.
  3. ^ Kornberg, A (1999). "Anorganický polyfosfát: molekula mnoha funkcí". Roční přehled biochemie. 68: 89–125. doi:10,1146 / annurev.biochem. 68.1.89. PMID  10872445.
  4. ^ Hsieh, P (březen 1996). "Klonování, exprese a charakterizace polyfosfát glukokinázy z Mycobacterium Tuberculosis". Národní centrum biotechnologických informací.
  5. ^ Levy, Matthew (7. července 1998). „Stabilita bází RNA: důsledky pro vznik života“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 95 (14): 7933–7938. Bibcode:1998PNAS ... 95,7933L. doi:10.1073 / pnas.95.14.7933. PMC  20907. PMID  9653118.