Obcell - Obcell

Obcells являются гипотетическими протоорганизмами или самой ранней формой жизни. Термин был впервые предложен Томас Кавалье-Смит в 2001 году. Согласно теории Кавалье-Смита о происхождении первой клетки, две чашевидные оболочки или гемицеллы слились, чтобы образовать протоклетка с оболочкой из двойного липидного слоя, внутренним геномом и рибосомами, протоцитозолем и периплазмой.[1]

Гипотеза

Начало жизни и живых организмов трудно конкретно датировать, поскольку раннее существование протоорганизмов не оставило никаких палеонтологических ключей. Кавалье-Смит утверждает, что изначально исконный суп который содержал аминокислоты, строительные блоки для белки. Репликация и фосфорилирование не имели значения, пока пребиотический суп не начал организовываться в эпоху «нуклеиновых кислот». Хотя все еще не «живые» вещества, в этот период они могли воспроизводиться и подвергаться организованным химическим процессам. Основываясь на этих упорядоченных процессах, мир превратился в мир obcell, который включал кодирование белков и хромосом и симбиотические взаимодействия между мембранами, генами и ферментами. Obcells, вероятно, имели единственную мембрану, которая была липидной, а также имела специфические цитоскелет белки, которые придавали острым клеткам кривизну. Эти скелетные белки, вероятно, содержались в протопериплазме обклетки.

Роль полифосфата

Исходя из высокой концентрации фосфатов в земной коре,[2] универсальный метаболизм пирофосфат и полип в современных камерах,[3] способность образовывать фосфаты абиотически, и его простота по сравнению с нуклеотидами и нуклеиновые кислоты, репликация, вероятно, началась на богатых фосфатом минеральных поверхностях и включала связанные с фосфатом ферменты. Репликазы необходимы для существования генетического кода, поэтому Кавалье-Смит утверждает, что «полиP-киназы и пирофосфаткиназы, возможно, были одними из самых ранних катализаторов, кодирующих белки». Если бы они действительно существовали, то полиР-связывающие белки были бы наиболее полезным источником энергии для obcells. Благодаря своим анионным свойствам, вполне вероятно, что, будучи погруженными в среду, богатую нуклеотидами и нуклеиновыми кислотами, полиР-связывающие белки могли полимеризоваться с этими веществами. Следовательно, obcells с экзонуклеазы прикрепленные к их мембране имели бы преимущество для репликации по сравнению с теми, которые этого не делали.[1] В современных камерах глюкокиназы обычно имеют два разных фосфат-связывающих домена, в основном содержащие аминокислоты глицин, треонин, и аспартат.[4] Таким образом, Кавалье-Смит предполагает, что эти общие домены могли возникать в obcells для связывания с пирофосфатом.[1]

Условия жизни

Кавальер-Смит утверждает, что наиболее вероятным местом для выживания и увеличения количества наблюдаемых ячеек на Земле была граница раздела суша и вода, а не океанические жерла на морском дне.[1] Из-за их вероятной зависимости от полиР и пирофосфата для получения энергии болееАденозинтрифосфат АТФ, obcells, вероятно, будут собираться в областях, где эти минералы были сформированы в высоких концентрациях. Полифосфат мог легко образовываться на берегу моря в «небольших соленых лужах, пористых отложениях или протопочвах».

При более низких температурах нуклеиновые кислоты более стабильны.[5] липиды с более короткой цепью могут легче образовывать мембраны.[2] В сочетании с их зависимостью от полиР и пирофосфата более низкие температуры на границе раздела суша и вода являются наиболее вероятной средой обитания для размножающихся насекомых. В этих условиях резкие изменения температуры и неоднородность внешних компонентов могут вызвать резкие изменения в структуре и функции колонизирующих клеток, что с большей вероятностью приведет к эволюции протоклеток по сравнению со стабильными температурами и однородными внешними компонентами.[1]

Фосфорилирование

Из-за зависимости obcells от полиP и пирофосфата для получения энергии, их метаболизм не зависел от окислительного фосфорилирования или же фотофосфорилирование. Эти процессы были слишком сложными для простой природы наблюдений. Кавалье-Смит называет фосфорилирование этих минералов в клетках для получения энергии «литофосфорилированием», которое является простым и возможным из-за существования киназы которые могут катализировать полиР-связывающие белки и пирофосфат-связывающие белки. Исходя из этого, вполне вероятно, что у obcells эти киназы на своей поверхности, чтобы реагировать с этими внешними полиP-связывающими и пирофосфатными белками. Полифосфат и пирофосфат, возможно, были достаточно малы, чтобы диффундировать в покрытые клетки. Следовательно, также вероятно, что некоторые из этих киназ находились в просвете obcell, чтобы реагировать с этими белками и затем накапливать их для дальнейшего использования. Такое хранение было бы полезно для obcells в периоды, когда концентрация внешних полиР-связывающих белков и пирофосфат-связывающих белков будет изменяться.[1]

Репликация

Разделение

Поскольку obcells имели чашевидную форму и могли подвергать свои хромосомы воздействию суровых условий окружающей среды, для защиты своей генетической информации и любых сигнальных факторов, obcells могли прикрепляться к полифосфатным поверхностям с помощью локальных адгезин белки. Во время деления белки деления начнут сжимать оболочку пополам, разделяя внутренние компоненты между двумя дочерними оболочками. По мере того, как это защемление происходило, структурная целостность мембраны начала ослабевать, и две половинки мигрировали в сторону полифосфат поверхность. Белки адгезина прикрепят эти концы к поверхности, и деление завершится.[1]

Слияние

За несколько миллионов лет obcells удалось выжить только вне деления. В конце концов, obcells эволюционировали, чтобы сливаться в протоорганизмы для дополнительной защиты их внутренних компонентов и снижения вероятности потери олигосахариды во время разделения. Два obcells вступят в контакт друг с другом и будут склеены адгезионными белками на краях обоих. Эта адгезия также может быть более прочной, чем на полифосфатных поверхностях, без ограничения разделения и роста. Слияние obcells приводит к созданию цитозоля по сравнению с делением obcell. С этого момента мембрана стала превращаться в цитоплазматическую сторону и внешнюю сторону, предварительную двойную мембрану современных протоклеток. Считается, что для предотвращения полного слияния obcells друг с другом, после того, как два obcells слиплись, белки адгезина продолжали действовать как пробки. Эти точки адгезии могли обеспечить транспорт некоторых веществ между цитозолем и окружающей средой, но они могли развиться в бляшки Байера, которые представляют собой разрывы между цитоплазматической стороной и внешней стороной мембраны. грамотрицательные бактерии.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Кавалер-Смит Т. (2001). «Obcells как протоорганизмы: наследственность мембраны, литофосфорилирование и происхождение генетического кода, первые клетки и фотосинтез». J. Mol. Evol. 53 (4–5): 555–95. Bibcode:2001JMolE..53..555C. CiteSeerX  10.1.1.607.8378. Дои:10.1007 / s002390010245. PMID  11675615. S2CID  21832452.
  2. ^ а б Димер, Дэвид (июнь 1997 г.). «Первые живые системы: биоэнергетическая перспектива». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 61 (2): 239–61. Дои:10.1128/.61.2.239-261.1997. ЧВК  232609. PMID  9184012.
  3. ^ Корнберг, А (1999). «Неорганический полифосфат: молекула, выполняющая множество функций». Ежегодный обзор биохимии. 68: 89–125. Дои:10.1146 / annurev.biochem.68.1.89. PMID  10872445.
  4. ^ Hsieh, P (март 1996). «Клонирование, экспрессия и характеристика полифосфат-глюкокиназы из Mycobacterium Tuberculosis». Национальный центр биотехнологической информации.
  5. ^ Леви, Мэтью (7 июля 1998 г.). «Стабильность оснований РНК: значение для происхождения жизни». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 95 (14): 7933–7938. Bibcode:1998ПНАС ... 95.7933Л. Дои:10.1073 / пнас.95.14.7933. ЧВК  20907. PMID  9653118.