Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0349 Šablona III/2VY_32_INOVACE_538

Výstižný popis způsobu využití, případně metodické pokyny: Jméno autora: Mgr. Zdeňka Hanzliková Třída/ročník: 1. (5.) Datum vytvoření: Prosinec 2012 Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Tematická oblast: Obecná biologie Předmět: Biologie Výstižný popis způsobu využití, případně metodické pokyny: Téma: Chemická a biologická evoluce ( seznámení studentů s postupným průběhem obou evolucí, důkazy existence metabolonů, protenoidních mikrosfér, atd.) Klíčová slova: Metabolon, koacervát,protobionta, progenoti. Druh učebního materiálu: prezentace

Chemická a biologická evoluce buněk Evoluční proces vzniku života zahrnuje jak evoluci chemickou, která studuje vznik stavebních látek živé hmoty, tak také evoluci biologickou, která vysvětluje vznik buněk a jejich vývoj až po současnost.

1. Chemická evoluce měla několik etap: Vznik jednoduchých organických sloučenin abiogenetickou cestou Vznik koacervátů a protenoidních mikrosfér Vznik termodynamicky otevřených systémů - metabolonů

A) Vznik organických sloučenin začíná v období formování zemské kůry, před 4 mld. let praatmosféra tehdy obsahovala vodík, oxid uhličitý, amoniak, dusík, fosfan, kyanovodík, sulfan, vodu a jednoduché plynné uhlovodíky z plynů z praatmosféry je možné dodáním energie vytvářet organické látky, jako např. aminokyseliny a dusíkaté heterocykly, které jsou základem bílkovin a nukleových kyselin. zdrojem energie bylo tehdy UV záření, které ještě nebylo odfiltrováno ozónem.

Důkazy o vzniku organických sloučenin Američtí biochemikové S.Miller a J. Oró prováděli v 50.letech 20.století modelové laboratorní pokusy, kterými potvrdili, že ze složek praatmosféry bylo možní vytvořit adenin, který je složkou ATP, DNA, RNA a dalších sloučenin. NH3 + CH4+ energie → HCN + 3H2 5HCN + energie →

B) Vznik koacervátů a protenoidních mikrosfér Z prvních koloidních roztoků makromolekulárních látek vznikaly za vhodné teploty, pH a dalších podmínek shluky koloidních částic s opačným nábojem, které vytvářely oddělenou disperzní fázi ve formě malých kapiček – tzv. koacerváty. Pokusy A. Oparina ( Rus) a J.B.S. Haldane ( Angličan) dokládají, že buňkám předcházejí mikroskopické shluky makromolekulární částic, které vznikají ochlazením vodných roztoků polypeptidů tzv. protenoidní mikrosféry.Tyto mikrosféry připomínají vlastnostmi buňky – rostou, mají tendence se shlukovat, připomínají tvarem bakterie.

C) Vznik metabolonů Kapičky protenoidních mikrosfér nebo koacervátů vytvářejí první termodynamicky otevřený systém – metabolon. Metabolon – je schopen z prostředí přijímat živiny a metabolicky je přeměňovat, dokáže využívat volnou energii z metabolismu pro pohyb, růst. Odpadní látky vylučuje zpět do prostředí, má projevy živé hmoty. Přesto není považován za předchůdce živých organismů. Informace o struktuře metabolonu, katalytické aktivitě, o nahodilém seskupení, které má metabolické projevy, mizely se zánikem metabolonů. Vývoj nepokračoval, nebyla zde generační posloupnost.

Neobjasněno doposud Mezi metabolonem a nejjednodušším typem buňky je obrovská vývojová mezera, která souvisí s dlouhým vývojem. Vznik života souvisí se vznikem genetického kódu a zabezpečením replikaci nukleové kyseliny, která nese ve své struktuře genetickou informaci.

2. Biologická evoluce Vznik prabuněk-protobiontů Vznik progenot - praorganismů Vznik fotosyntetizujících bakterií Vznik eukaryotních buněk

A) Vznik protobiontů přímí předchůdci organismů měli neustálený genetický kód obsahovaly jednu molekulu RNA o délce několik tisíc nukleotidů, ty se ale replikovaly bez enzymů – nepřesně postupně se vyvíjel genetický kód a enzym RNA polymeráza ke vzniku DNA došlo zpětnou transkripcí – přepisem z RNA, molekula DNA už je stabilnější a replikuje se přesněji.

B) Vznik progenot vývoj ve vodě, která chránila před UV zářením, protože nebyla ozónová vrstva anaerobně - heterotrofní organismy – energii získávaly fermentací organických sloučenin vývoj směřoval ke prokaryotní buňce s nárůstem praorganismů chyběla výživa, chyběl dostatek organických látek, které vznikaly abiogenetickou cestou

C) Vznik fotosyntetizujících bakterií - postupně progenota začaly začleňovat barevné molekuly do své struktury a získaly schopnost fotoautotrofie - tak se vyvinuly první fotosyntetizující bakterie a zároveň sinice – před 3,5 mld. let - atmosféra se pak začala obohacovat kyslíkem a ve výšce 20-30km se začala tvořit ozonová vrstva - pak teprve vznikají prokaryota s aerobním metabolismem

D) Vznik eukaryotické buňky před 1,5 mld. let se objevila první eukaryotická buňka a před 0,6mld.let se objevil první mnohobuněčný organismus vznik vysvětluje teorie o endosymbióze

Teorie o endosymbióze Před 2 mld. let pohltily některé prokaryotní buňky menší aerobní prokaryota, která se dále změnila v mitochondrii – primární endosymbióza Před 1,2mld. let některé eukaryotní buňky pohltily menší fotosyntetizující prokaryotní buňku, která se dále přeměnila na plastidy – sekundární endosymbióza

Citace literatury Jelínek, Jan a Vladimír Zicháček. Biologie pro gymnázia. 7.rozšířené vydání. Olomouc: Studio nakladetelství Olomouc, 2004. ISBN 80-7182-177-2. Vzorec adeninu: WIKIPEDIE, otevřená encyklopedie. Adenin: puriny [online]. 8.7. 2012 [cit. 2012-12-07]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Adenin