أصول الحياة - الأصول الكيميائية
الجزيئات السكرية والأحماض النووية
مرحبا ، أنا سارة مورير ، وفي هذه المحاضرة
نحن بصدد الحديث عن السكريات والأحماض النووية ،
اثنتين من الجزيئات الأربعة التي تشكل خلاياك.
السكريات مهمة جدا لأنها تستخدم لتوليد
وتخزين الطاقة البيولوجية
في الشكل ، يمكنك أن ترى أن ثاني أكسيد الكربون
تحولت إلى الجلوكوز من خلال التمثيل الضوئي
في النباتات وبعض الطحالب
ثم يتم تخزين هذا السكر حتى نكون على استعداد لاستخدامه
لتوليد أدينوسين ثلاثي الفوسفات من خلال التنفس ،
التي نحن ، ثم زفير الكربون والأكسجين من رئتينا.
والسكريات يمكن استخدامها لكثير من مهام أخرى في الكائنات متعددة الخلايا ،
وحتى الخلايا المفردة ، مثل الاعتراف الجزيئي ،
والحماية الخلوية ، مثل طبقة ببتيدوغليكان
لكنها تستخدم أيضا كجزء لا يتجزأ
من جزيء الحمض النووي الريبي والحمض النووي
السكريات لديها مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهيكل
وهكذا، هنا يمكنك أن ترى ذلك، عندما يكون لدينا سكر 3 كربون،
هناك بنية واحدة ممكنة فقط
ولكن، عندما نصل إلى وجود سكر من 6 كربونات،
هناك العديد من الهياكل الممكنة التي كل خصائصه الكيميائية متميزة
وعندما نتحدث عن السكريات نحن نتحدث عن السكريات التي تكون D-السكريات.
السكريات-D لديها الكربون الثاني إلى الأخير مع تلك المجموعة OH على الجانب الأيمن.
وهكذا، يمكنك أن ترى في كل طبقة من هذا:
الكربون الثاني إلى الأخير لديه مجموعة OH على اليمين
الكربونات الأخرى، التي يمكن أن يكون لها مجموعة OH
إما على اليمين أو اليسار، لديها كل الاختلافات الممكنة من هذا
لتكوين تكويننا من السكريات المحتملة.
لتعويض تكويننا من السكريات الممكنة
كربون السكر ال-6
وعندما نسمي السكريات "ألدوز" ، ما نشير إليه
هو أن أول الكربون في السكر يحتوي على أكسجين مزدوج الترابط ،
يسمى "الألدهيد"
هناك نوع ثاني من السكر التي لديها الكربون الاستعبادي مضاعف
على الكربون الثاني،
وهذا ما يسمى "الكيتوز" أو "سكر الكيتون"
في الكيتوز، لأن هناك أقل الكربونات التي لها جانبان،
لدينا اختلاف اقل
ولكن، كنت لا تزال في نهاية المطاف مع الثانية إلى آخر الكربون وجود مجموعة "هيدروكسيل"،
أو مجموعة OH، على الجانب الأيمن، مما يجعلها السكر-D
الكيتوز الذي على الأرجح هو الأكثر معرفة بالنسبة لك هو الفركتوز،
الذي يظهر في السكرالكربون-6 ، الهكسوس
هذه السكريات ليست دائما خطية ،
في الواقع ، فهم يكونوا خطيين بشكل نادر في الجسم
لذلك ، الريبوز في الجسم هو فقط في شكل خطي حوالي 0.9 ٪ من الوقت
بقية الوقت، فإنه إما طيات إلى حلقة من 6 أعضاء
أو إلى حلقة من 5 أعضاء
الحلقات المكونة من 6 أعضاء تسمى "البيران"
والحلقات المكونة من 5 أعضاء تسمى "الفوران"
لذا، هذا يعطي... واحد من سكر الكربون-6
أربعة أشكال إضافية ، أليس كذلك؟
لذلك ، يمكن أن يكونوا السكريات ضخمة تنوع الهيكل ،
مما يسمح لهم أن يكونونوا كمية كبيرة من الوظيفة
أو تنوع كبير من الوظيفة
الجزء الآخر المهم حقا من بنية السكر
هو ما إذا كانت مجموعة OH التفاعلية أم على الجزء السفلي من السكر
أو على الجزء العلوي من السكر
هنا ، فإن مجموعة OH رد الفعل يظهر باللون الأخضر
ويسمى الأكسجين "أنوميريك"
أكسجين أنوميريك هو من الألدهيد أو الكيتون ،
الجزء العلوي من السكر الخاص بنا- السكر الخطي الخاص بنا
ويمكن ايضا - اعتمادا على كيفية فتح الرابطة -
يمكن أن ينتهي الأمر إما على الجزء السفلي من السكر ،
الذي نسميه السكر "ألفا" ،
أو ينتهي في الجزء العلوي من السكر ، الذي نسميه السكر "بيتا"
لأن الأكسجين أنوميريك هو الأكسجين التفاعلي ،
هذا هو مكان السكريات التي سوف تتمبلمر
هذا هو المكان الذي سنضيف فيه وظيفة للسكر
لذلك ، هذا مهم حقا في صنع السكريات البوليمرية ،
الموجودة في جسمك للتخزين ، مثل الأميلوز أو النشا ،
التي تجدها في البطاطس ،
أو السليلوز ، والتي تجدها في السكريات الهيكلية للنباتات
السبب الإضافي أن هذا هو المهم حقا
ذلك لأن الريبوز يجعل جزء منه من الحمض النووي لدينا والحمض النووي الريبي ،
ونوع الريبوز هذا في الحمض النووي لدينا أو الحمض النووي الريبي
هو شكل بيتا فورانووز من ريبوز ، والتي يمكنك أن ترى
ليست الأكثر وفرة بشكل طبيعي تشكيل السكر الدوري الريبوز
وهكذا ، نحن بحاجة إلى الإنزيمات لمساعدتنا في صنع الريبوز
في هذا النموذج فورانوز بيتا
يمكن صنع السكريات بشكل حيوي
من خلال ما يسمى ردة الفعل "فورموس"
ويطلق عليه رد الفعل " فورموس"،
لأننا نأخذ هذه الاشياء الصغيرة ، الفورمالديهايد العضوية
ونحن نتفاعل معهم لجعل وحدات الكربون أكبر وأكبر.
لذا، الفورمالديهايد كان ممكنا على الأرض المبكرة
من خلال تفاعل ثاني أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون مع غاز الهيدروجين
ومن خلال تفاعلها معًا في الماء ، ينتهي بك الأمر
سلاسل السكر أكبر وأكبر ، الكربون-5 أو السكريات-6
وهذه العملية ، إذا تركتها تتفاعل أكثر ،
سوف تتحول إلى شيء يشبه القطران -
نوع من ما كنت في نهاية المطاف ، إذا كنت طهيت الكراميل الخاص بك
مرة واحدة لدينا توليف 5 و 6 من السكريات الكربونية على الأرض المبكرة
ثم يمكننا البدء في بناء الأحماض النووية ، والتي هي النوع الثاني من الجزيء
لصنع حمض نووي ، تحتاج أولا أن يكون لديك "نواة"
وتسمى هذه "قواعد كيميائية" لأنها تحتوي على النيتروجين والكربون
النيتروجين هو ما يجعل هذه الأساسية
هناك نوعان من القواعد ، "البيورينات" و "البيريميدين"
البيورين لها حلقة من 6 أعضاء ، مرتبطة بحلقة من 5 أعضاء ،
وهي تتألف من أدينين وجوانين - A و قاعدة G
البيريميدين هي السيتوسين (C) ، الثيامين (T) وقاعدة أوراسيل (U) ،
وهم حلقة واحدة مكونة من 6 أعضاء
تم العثور على أوراسيل فقط في الحمض النووي الريبي والثيمين موجود فقط في الحمض النووي
يمكن لهذه القواعد النووية أن تبني زوجًا لتشكيل اعتراف محدد
الأزنين ، أو أزواج القاعدة "القاعدة" ، ما نسميه "واتسون وكريك"
أزواج قاعدة مع قاعدة T ، تشكيل الزوج A-T
هذا لديه اثنين من السندات الهيدروجين ، الذي يظهر هنا
بواسطة الخط المنقط بين A و T
وهذه رابطة غير تساهمية ، أنها ليست قوية مثل السندات الفعلية ،
لكنه يخدم بحيث يمكن للقواعد أن تأتي معا
ومن ثم يتم تفكيكها إذا كانوا بحاجة إلى نسخ
في زوج G-C ، يمكنك أن ترى ذلك لدينا ثلاثة من هذه الروابط الهيدروجين ،
مما يجعل قاعدة G-C مقنرنة بشكل أقوى
لإنشاء هذه القواعد في بيئة حيوية مسبقة يشكّل تحدياً بعض الشيء
في هذه التوليفة ، يمكنك رؤية التي سنبدأ منها في الوسط
مع الميثان، CH4، والنيتروجين، N2.
الميثان والنيتروجين يمكنهم أن يتحدوا معًا
لتشكيل السيانيد أو مركب كاربو-نيتروجين أكبر ،
الذي يمر بعد ذلك جولات لاحقة من رد الفعل لتشكيل قواعدنا النهائية،
التي يتم تمييزها في المحيط الخارجي بهذا اللون الأصفر
يمكنك أن ترى ذلك
هناك عدة طرق لإنشاء كل اساس ،
فمثلاً، اليوراسيل ، ينبثق من مكانين مختلفين.
وبالتالي يمكننا استخدام مجموعة متنوعة من البيئات المختلفة
لتجميع هذه القواعد ،
وفقًا للموقع الذي نحن نريد حقاً أن نرجع إلى أصول الحياة
بمجرد أن يكون لدينا القواعد، يمكننا إضافتها إلى الريبوز ،
التي قمنا بها من خلال رد فعل الفورميوس
القواعد هنا تظهر باللون الرمادي
ويضاف إليها أول كربون من الريبوز الخاص بنا
تذكر الآن أن هذا هو نهاية رد الفعل الخاص بنا من الريبوز
وهذا هو عادةً ، حيث سيكون لدينا مجموعة OH،
ولكن مجموعة OH تغادر ثم يرتبط الكربون
إلى واحدة من النيتروجينات على قواعدنا
الريبوز ، إذا كان في الحمض النووي الريبي ، لديه مجموعة OH على الكربون الثاني
يرمز RNA إلى "حمض ريبونوكليتش"
إذا كان لدينا DNA، فنحن في الواقع سوف نفقد مجموعة OH هذه
وجعله حمض ديوكسي ريبونوكليتش
وهكذا يمكنك أن ترى هنا ،
الهيكل على اليمين قد فقد مجموعة OH هذه
مجموعة OH هذه مهمة بالفعل لتكوين روابط هيدروجينية،
مما يعطي RNA (الحمض النووي الريبي) أكثر تعقيدًا و إمكانية هيكلية وعملية.
ثم يتم استخدام DNA في الغالب لتخزين المعلومات
ومن ثم، يمكنك رؤية ذلك الكربون النهائي في الريبوز
لديه مجموعة فوسفات متصلة به
وهذا النوع من اقتران سكر الفوسفات
سيكون ما يشكل العمود الفقري من الأحماض النووية... البوليمرات
وهكذا، في البوليمرات الحمضية النووية، سيكون لدينا فوسفات،
ثم سكر ثم فوسفات ثم سكر كالعمود الفقري
وبعد ذلك، ستزيّن القواعد الجزء الخارجي من حمض النواة
وهذا يسمح للقواعد أن تتحد
وتشكيل زوج قاعدة واتسون وكريك في جميع أنحاء الحمض النووي
عندما نقوم بتكوين هذه البوليمرات، يمكنك القيام بذلك بإحدى طريقتين:
الطريقة البريبايوتكسية ستكون لاتخاذ النيوكليوتيدات
وتجفيفه مع النيوكليوتيدات الأخرى،
وتحصل على رد فعل التكثيف هذا ،
يشبه إلى حد كبير مع الببتيدات والدهون
لإنتاج جزيء كبير الحجم
لذلك ، نحن نطرد الماء بتجفيفها
وينتهي بنا الحال إلى الببتيد المتعدد أو وحدة نيوكليوتيد متعددة
الطريقة التي يفعل بها جسمنا هذا، يتطلب إجراء الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات نكليوتيد
أو يحتاج إلى ثلاثي الفوسفات، بدلاً من فوسفات واحد
تلك رابطة ثلاثية الفوسفات هي رابطة عالية الطاقة،
وهكذا ، عند كسرها ، في الواقع تكون ردة الفعل إلى الأمام
دون الحاجة إلى تجفيف العينة
وهكذا فإن الطاقة تأتي من كسر رابطة الفوسفات،
بدلاً من استخدام الحرارة وطاقة إزالة الهيدرات
لذا، عندما ينكسر هذا الرابط الفوسفافي، ينتهي بنا المطاف إلى الربط
بين الريبوز والفوسفات لدينا على جزيئتنا الثانية
وهذا يخلق البوليمرية لدينا من هيكل الأحماض النووية
بمجرد أن يكون لدينا جميع الجزيئات الحيوية،
لدينا الأحماض النووية من شوربتنا البريبايوتيكية،
لدينا الدهون في شوربتنا البريبايوتيك، ولدينا بروتينات في شوربتنا البريبايوتيك،
ومن ثم، لدينا بعض السكريات في شوربتنا البريبايوتيك
يمكننا أن نخلط كل هذه العناصر معًا، تماماً كما نرى في نظام المعيشة،
الجزيئات الحيوية في نفس النسب
يمكننا وضع بعض الطاقة ، يمكننا التخلص منه ، يمكننا تسخينه ،
وما زلنا لا نستطيع خلق الحياة
فإن ذلك يؤدي إلى السؤال: ما الذي نفتقده؟