Experimentul Miller-Urey

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Schema experimentului

L experiment Miller-Urey reprezintă prima demonstrație a faptului că, în condiții adecvate pentru mediu, moleculele organice se pot forma spontan din substanțe anorganice mai ușor.

Experimentul a fost realizat în 1953 la Universitatea din Chicago, chimist Stanley Miller și profesorul său, laureat al Premiului Nobel Harold Urey , pentru a demonstra teoria Oparin și Haldane , care a speculat că condițiile Pământului primordiale au favorizat reacții chimice șoferilor la formarea de organice compuși din componente anorganice.

Experimentul

Stanley Miller

Pentru a realiza acest experiment Miller recreat condițiile de mediu care au fost considerate a fi prezente în anii Pământului primordial. El pornește de la premisa că în atmosferă nu a existat oxigen liber, ci mai degrabă abundat hidrogen cel mai elementul abundent în univers, și alte gaze , cum ar fi (H2), metan (CH4) și amoniac (NH3), împreună cu apă (H2O). Cu aceste condiții și în prezența unei surse de energie, cum ar fi un fulger sau de radiații solare, molecule mai complexe ar putea avea originea.

Pentru experimentul Miller și profesorul său a făcut utilizarea unui sistem steril format din două sfere una dintre ele conținând apă în stare lichidă și celelalte gaze enumerate anterior și doi electrozi , conectate unul la celălalt printr - un sistem de conducte etanș. Apa a fost încălzită pentru a induce formarea de vapori de apă în timp ce cei doi electrozi au fost utilizate pentru a furniza descărcărilor electrice care simulate fulger. Totul a fost apoi răcit, astfel încât apa ar putea condensa și cad înapoi în prima sferă pentru a repeta ciclul.

După aproximativ o săptămână, continuu, în care condițiile au fost menținute constante, Miller a observat că aproximativ 15% din hidrogenul au plecat pentru a forma compuși organici, incluzând unii aminoacizi și alți constituenți biologici potențiali, așa cum sunt enumerate în tabelul de mai jos.

Rezultate

Fiecare 59.000 micro moli au fost obținute (mmol = 1 / 1.000.000 mol) de 4 CH prelucrat: [1]

Produs Formulă Producție
(Nr pmol)
atomii
de C
Atomii C
în pmol
Acid formic
2330
1
2330
Glycine *
630
2
1260
Acid glicolic
560
2
1120
Alanina *
340
3
1020
Acid lactic
310
3
930
β-alanina
150
3
450
Acid acetic
150
2
300
Acid propionic
130
3
390
Acid iminodiacetic
55
4
220
Acid Diaminoacetic
50
3
150
N -butiric α-aminoacizi
50
4
200
Acid α hidroxi -butiric N
50
4
200
Acid succinic
40
4
160
Uree
20
1
20
N-metiluree
15
2
30
N-metilalanină
10
4
40
Acid Glutamic *
6
5
30
Acid aspartic *
4
4
16
Acid Α-aminoizobutiric
1
4
4
Total
4916
8944
* = Amino acizi proteinogenici

Forti acestor considerații, Miller și Urey cu acest experiment a demonstrat că descărcări electrice, simulează fulgere, în prezența apei și a unui amestec de gaze , inclusiv metan și amoniac a dus la formarea diferitelor molecule organice incluzând unii aminoacizi .

Pe Pământ primordial, reacțiile implicate ar putea continua timp de milioane de ani, ceea ce face posibilă o dezvoltare ulterioară a substanțelor organice.

Intr - un studiu recent publicat in PNAS a fost efectuată o analiză aprofundată prin intermediul tehnicilor moderne pe mostre stocate de Miller în 1958, indicând prezența unui număr mai mare de compuși organici în comparație cu analiza inițială[2] . Alte studii efectuate pe flacoane stocate de Miller au avut rezultate similare [3] [4] .

Reacții chimice hypothesized

Efectuarea retrageri în timpul experimentului, Miller și Urey observat că concentrația de amoniac a scăzut treptat în timp ce concentrațiile de acid cianhidric și cianogen a crescut în mod constant, precum și pentru aldehide . Aminoacizi a apărut mai târziu, în detrimentul acid cianhidric și aldehide. Aceasta sugerează că aminoacizii sunt formate pornind de la aldehide și acidul cianhidric prin acidul cu un mecanism bine - cunoscut în chimia organică , care ia numele de aminoacizi Strecker sinteză [5] .

Limite

De fapt, condițiile utilizate de cei doi savanți nu reproduce exact acele atmosfera primordială, dar era încă suficient pentru a face plauzibilă posibilitatea ca viata a dezvoltat propria lor pornind de la elementele deja prezente în planeta.

Sinteza aminoacizilor în conductele de laborator la formarea unui număr egal de enantiomeri stângaci și dreptaci. Acest tip de distribuție racemic nu este caracteristic formelor de viață așa cum le cunoaștem astăzi. De fapt, toate formele actuale de viata depinde doar de aminoacizi stângaci. Totuși producerea amestecurilor racemice în laborator nu exclude formarea structurilor prebiotic în mare parte laevogyrate în mediul natural [6] deoarece nu este exclus acțiunea selectivă a substraturi anorganice , cum ar fi rocile [7] în formarea unui singur enantiomer [8] .

interesul oamenilor de știință în originea abiotice a vieții sa mutat de pe planeta Pământ complementar în spațiu adânc. Într - adevăr , ele se acumulează numeroase observații ale prezenței moleculelor organice complexe în pulberile și în nori interstelari [9] [10] [11] [12] .

experimente similare

Miller si Urey lui experiment inspirat alte încercări interesante de reproducere abiotic a moleculelor organice de interes biologic.

In 1961 Joan ORO a realizat o sinteză a bazei nucleotidice adenina din acidul cianhidric și amoniac de apă. [13] . În aceleași condiții , ele sunt de asemenea formate de aminoacizi diferiți [14] .

Perspective de viitor

Robert Hazen, geolog la Universitatea George Mason, a declarat că:

«[...] De-a lungul interval de aproximativ 10.000 de ani, o versiune modernă a Urey și Miller experiment ar putea produce de fapt, o molecula rudimentar auto-replicare, pot evolua prin selecție naturală: pe scurt, viata. [...] Cea mai explicație plauzibilă este că moleculele automultiplicare mai întâi formate pe suprafața rocilor. Suprafața umedă a Pământului timpuriu s - ar fi făcut un mare laborator natural, efectuarea în orice moment , ceva de genul 10 30 experimente mici, a durat , poate , pe o perioadă de la 100 la 500 de milioane de ani. Un experiment de laborator care durează timp de 10.000 de ani poate încerca apoi pentru a recrea această situație prin rularea unui număr mare de experimente mici, în același timp. Din exterior, aceste incubatoare moleculare apar ca camere pline de calculatoare , dar în interiorul lor ar exista laboratoare de chimie on-chip , conținând sute de gropi microscopice, fiecare cu diferite combinații de compuși care reacționează pe o varietate de suprafețe minerale. [...] Ar fi posibil, pentru a reduce timpul necesar de la milioane la mii de ani, concentrându-se experimente pe compuși care sunt mult mai probabil să se comporte într-un mod interesant. Cu un pic de noroc“, în cele din urmă vom avea lucruri destul de învățat despre cum funcționează natura , în scopul de a reduce și mai mult de această dată la câteva zeci de ani [15] ."

Notă

  1. ^ Richard E. Dickerson: Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens în Spektrum der Wissenschaft, 1979, vol 9, p 193
  2. ^(EN) ET Parker, HJ Cleaves, JP Dworkin, DP Glavin, M. Callahan, A. Aubrey, sinteza Primordial aminelor și aminoacizi într - un 1958 Miller H 2 S-bogat experiment de descărcare prin scânteie , în Proceedings al Academiei Naționale de Științe , vol. 108, nr. 14, 2011, pp. 5526-5531, DOI : 10.1073 / pnas.1019191108 .
  3. ^ Johnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, DP Glavin, Lazcano A, Bada JL, Miller Volcanic Experimentul de descărcare prin scânteie , în Science, voi. 322, nr. 5900, octombrie 2008, p. 404, bibcode : 2008Sci ... 322..404J , DOI : 10.1126 / science.1161527 , PMID 18927386 .
  4. ^ 'Lost' Experimentul Miller-Urey creat mai multe blocuri de constructii Life , Science Daily, 17 octombrie 2008. Accesat 18 octombrie 2008.
  5. ^ Dicherson Richard E. Evoluția chimică și originea vieții în lecturi din Scientific American, Începuturile vieții. De la macromolecule la primele celule. editat de Alessandro Minelli, Milan 1984
  6. ^ Shosuke Kojo, Hiromi Uchino, Mayu Yoshimura și Kyoko Tanaka, racemică D, L-asparagina cauzează exces enantiomeric altor coexistente racemic D, L-aminoacizi în timpul recristalizării: o ipoteză care reprezintă originea L-aminoacizilor în biosferă , în Chemical Communications, n. 19, octombrie 2004, pp. 2146-2147, DOI : 10.1039 / b409941a , PMID 15467844 . Adus pe 9 iulie 2008 .
  7. ^ Viața de roci, RM Hazen în științe, n. 392, aprilie 2001
  8. ^ Progresele în Geochimie de aminoacizi, Annual Review Stiinte ale Pamantului si planetare, Vol . 3: 183-212
  9. ^ G. Winnewisser, E. Herbst molecule organice în spațiu (1987), Topics in Current Chemistry, p. 119-172, vol. 139, Springer-Verlag
  10. ^ Două extrem de complexe molecule organice detectate în spațiu (2009), Science Daily
  11. ^ O viață în Deep Space? Molecule organic găsit în Nebuloasa Orion (2010), Science 2.0
  12. ^ Zahăr S - au găsit în spațiu: un semn de viață? (2012), National Geographic
  13. ^ ORO J, Kimball AP, Sinteza purine sub posibile condiții de pământuri primitive. I. Adenină din cianură de hidrogen , în Arhivele de biochimie și biofizică , vol. 94 august 1961, pp. 217-27, DOI : 10.1016 / 0003-9861 (61) 90033-9 , PMID 13731263 .
  14. ^ ORO J, Kamat SS, sinteza amino-acidul din acid cianhidric în condiții posibile de pământuri primitive , în Nature, voi. 190, nr. 4774, aprilie 1961, pp. 442-3, bibcode : 1961Natur.190..442O , DOI : 10.1038 / 190442a0 , PMID 13731262 .
  15. ^ Cele n științe. 531, noiembrie 2012, p. 70

Bibliografie

  • Miller SL, fabricarea de aminoacizi Sub condiții posibile ale Pământului primitivi (PDF), în Science, 117 (3046), 1953, pp. 528-529, DOI : 10.1126 / science.117.3046.528 (depusă de către „URL - ul original , 28 februarie 2008).
  • Miller SL, Producerea de compuși organici în condiții posibile ale Pământului primitivi, în J. Am. Chem. Soc., 77 (9), 1955, pp. 2351-2361.
  • SL Miller, Mecanismul de sinteza aminoacizilor prin Evacuarile electrice în Biochimica et Biophysica Acta, vol. 23, 1957, p. 480.
  • SL Miller si Urey H. C, Organic Synthesis Compus pe Pamant primitiv, in Science, voi. 130, 1959, p. 245.
  • ORO J., Sinteza compușilor organici prin Electric Evacuări, în Nature, voi. 197, 1963, pp. 862-867.
  • Ring D., Y. Wolman, Friedmann N. și Miller SL, Prebiotic Sinteza hidrofobic proteine și aminoacizi, în Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 69 (3), 1972, pp. 765-768.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe