PROTOBION: ASAL DAN SIFAT - BIOLOGI - 2025

The protobionts adalah kompleks biologi mengikut kepada beberapa hipotesis mengenai asal-usul kehidupan, didahului sel-sel. Menurut Oparín, ini adalah agregat molekul yang dikelilingi oleh membran lipid semipermeabel atau struktur yang serupa dengannya.

Agregat molekul biotik ini dapat menghasilkan pembiakan sederhana dan metabolisme yang berjaya mengekalkan komposisi kimia bahagian dalam membran yang berbeza dengan persekitaran luarannya.

Sumber: pixabay.com

Beberapa eksperimen yang dilakukan di makmal oleh penyelidik yang berbeza telah menunjukkan bahawa protobion dapat terbentuk secara spontan menggunakan sebatian organik yang dibuat dari molekul abiotik sebagai blok bangunan.

Contoh eksperimen ini adalah pembentukan liposom, yang merupakan agregasi titisan kecil yang dikelilingi oleh membran. Ini boleh terbentuk apabila lipid ditambahkan ke dalam air. Ia juga berlaku apabila molekul organik jenis lain ditambahkan.

Mungkin berlaku bahawa tetesan seperti liposom terbentuk di kolam prebiotik dan ini secara rawak menggabungkan beberapa polimer asid amino.

Sekiranya polimer membuat molekul organik tertentu yang telap ke membran, kemungkinan menggabungkan molekul tersebut secara selektif.

Sifat dan ciri

Protobionat dugaan dapat dibentuk dari molekul hidrofobik yang disusun dalam bentuk bilayer (dua lapisan) di permukaan titisan, yang mengingatkan pada membran lipid yang terdapat pada sel-sel hari ini.

Oleh Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, dari Wikimedia Commons

Membran separa telap

Oleh kerana strukturnya selaput selektif, liposom dapat membengkak atau mengempis bergantung pada kepekatan zat terlarut dalam medium.

Maksudnya, jika liposom terkena persekitaran hipotonik (kepekatan di dalam sel lebih tinggi), air memasuki struktur, membengkak liposom. Sebaliknya, jika mediumnya hipertonik (kepekatan sel lebih rendah), air bergerak menuju medium luaran.

Sifat ini tidak unik untuk liposom, ia juga boleh digunakan untuk sel-sel organisma yang sebenarnya. Sebagai contoh, jika sel darah merah terkena persekitaran hipotonik, mereka boleh meletup.

Keseronokan

Liposom dapat menyimpan tenaga dalam bentuk potensi membran, yang merupakan voltan di seluruh permukaan. Strukturnya dapat melepaskan voltan dengan cara yang mengingatkan pada proses yang berlaku pada sel-sel saraf sistem saraf.

Liposom mempunyai beberapa ciri organisma hidup. Namun, ia tidak sama dengan mendakwa bahawa liposom masih hidup.

Asal

Terdapat kepelbagaian hipotesis yang berupaya menjelaskan asal usul dan evolusi kehidupan dalam persekitaran prebiotik. Postulat yang paling hebat yang membincangkan asal usul protobion akan dijelaskan di bawah:

Hipotesis Oparin dan Haldane

Hipotesis mengenai evolusi biokimia dikemukakan oleh Alexander Oparin pada tahun 1924 dan oleh John DS Haldane pada tahun 1928.

Postulat ini menganggap bahawa atmosfer prebiotik kekurangan oksigen, tetapi sangat berkurang, dengan sejumlah besar hidrogen yang menyebabkan pembentukan sebatian organik berkat adanya sumber tenaga.

Menurut hipotesis ini, ketika bumi disejukkan, wap dari letusan gunung berapi menjadi pekat, memicu hujan lebat dan berterusan. Ketika air jatuh, ia membawa garam mineral dan sebatian lain, sehingga menimbulkan sup primer atau kaldu pemakanan yang terkenal.

Dalam persekitaran hipotetis ini, kompleks molekul besar yang disebut sebatian prebiotik dapat terbentuk, sehingga menimbulkan sistem selular yang semakin kompleks. Oparin memanggil struktur ini sebagai protobionts.

Ketika protobiont meningkat dalam kerumitan, mereka memperoleh kemampuan baru untuk menyampaikan maklumat genetik, dan Oparin memberikan nama eubion ke bentuk yang lebih maju ini.

Eksperimen Miller dan Urey

Pada tahun 1953, setelah postulat Oparin, penyelidik Stanley L. Miller dan Harold C. Urey melakukan satu siri eksperimen untuk mengesahkan pembentukan sebatian organik bermula dari bahan bukan organik sederhana.

Miller dan Urey berjaya membuat reka bentuk eksperimental yang mensimulasikan persekitaran prebiotik dengan keadaan yang dicadangkan oleh Oparin dalam skala kecil, berjaya memperoleh serangkaian sebatian seperti asam amino, asid lemak, asid formik, urea, antara lain.

Bahan genetik protobion

Dunia RNA

Menurut hipotesis ahli biologi molekul semasa, protobion membawa molekul RNA, bukan molekul DNA, yang memungkinkan mereka meniru dan menyimpan maklumat.

Selain memiliki peranan mendasar dalam sintesis protein, RNA juga dapat berperilaku sebagai enzim dan melakukan reaksi katalisis. Oleh kerana ciri ini, RNA adalah calon yang ditunjukkan untuk menjadi bahan genetik pertama dalam protobion.

Molekul RNA yang mampu melakukan pemangkin disebut ribozim dan dapat membuat salinan dengan urutan pelengkap peregangan pendek RNA dan memediasi proses penyambungan, menghilangkan peregangan urutan.

Protobiont yang memiliki molekul RNA katalitik di dalamnya bervariasi dari homolognya yang kekurangan molekul ini.

Sekiranya protobion dapat tumbuh, membelah dan menyebarkan RNA ke keturunannya, proses pemilihan semula jadi Darwin dapat diterapkan pada sistem ini, dan protobion dengan molekul RNA akan meningkatkan frekuensi mereka dalam populasi.

Walaupun kemunculan protobiont ini sangat tidak mungkin, perlu diingat bahawa berjuta-juta protobion mungkin ada di badan-badan air di bumi awal.

Rupa DNA

DNA adalah molekul untai dua yang jauh lebih stabil berbanding dengan molekul RNA, yang rapuh dan meniru dengan tidak tepat. Kekayaan ketepatan ini dari segi replikasi menjadi lebih penting kerana genom protobion bertambah besar.

Di Universiti Princeton, penyelidik Freeman Dyson mencadangkan bahawa molekul DNA mungkin struktur pendek, dibantu replikasi oleh polimer asid amino rawak dengan sifat pemangkin.

Peniruan awal ini boleh berlaku di dalam protobion yang menyimpan jumlah monomer organik yang tinggi.

Setelah kemunculan molekul DNA, RNA dapat mulai memainkan peranannya sekarang sebagai perantara terjemahan, sehingga menciptakan "dunia DNA".

Rujukan

1. Altstein, AD (2015). Hipotesis progen: dunia nukleoprotein dan bagaimana kehidupan bermula. Biologi Langsung, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologi. Editorial Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologi 1: Pendekatan Konstruktivis. Pendidikan Pearson.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Asal-usul kehidupan selular. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Model Protocells dalam Asal Kehidupan dan Biologi Sintetik. Kehidupan, 5 (4), 1700–1702.