Evoluce 5 2013 Katalýza. © 2011 Nature Publishing Group. Published by Nature Publishing Group.2 Figure 1 Rapid evolutionary innovation during an Archaean.

Prezentace na téma: "Evoluce 5 2013 Katalýza. © 2011 Nature Publishing Group. Published by Nature Publishing Group.2 Figure 1 Rapid evolutionary innovation during an Archaean."— Transkript prezentace:

1 Evoluce 5 2013 Katalýza

2 © 2011 Nature Publishing Group. Published by Nature Publishing Group.2 Figure 1 Rapid evolutionary innovation during an Archaean genetic expansion. David, Lawrence; Alm, Eric Nature. 469(7328):93-96, January 6, 2011. DOI: 10.1038/nature09649 Figure 1 |: Rates of macroevolutionary events over time. Average rates of gene birth (red), duplication (blue), HGT (green), and loss (yellow) per lineage (events per 10 Myr per lineage) are shown. Events that increase gene count are plotted to the right, and gene loss events are shown to the left. Genes already present at the Last Universal Common Ancestor are not included in the analysis of birth rates because the time over which those genes formed is not known. The Archaean Expansion (AE) was also detected when 30 alternative chronograms were considered (Supplementary Fig. 9). The inset shows metabolites or classes of metabolites ordered according to the number of gene families that use them that were born during the Archaean Expansion compared with the number born before the expansion, plotted on a log2 scale. Metabolites whose enrichments are statistically significant at a false discovery rate of less than 10% or less than 5% (Fisher's Exact Test) are identified with one or two asterisks, respectively. Bars are coloured by functional annotation or compound type (functional annotations were assigned manually). Metabolites were obtained from the KEGG database release 51.0 (ref. 27) and associated with clusters of orthologous groups of proteins (COGs) using the MicrobesOnline September 2008 database 28. Metabolites associated with fewer than 20 COGs or sharing more than two-thirds of gene families with other included metabolites are omitted. Abbreviations are defined in Supplementary Table 3.

3 © 2011 Nature Publishing Group. Published by Nature Publishing Group.2 Figure 1 Rapid evolutionary innovation during an Archaean genetic expansion. David, Lawrence; Alm, Eric Nature. 469(7328):93-96, January 6, 2011. DOI: 10.1038/nature09649 Figure 1 |: Rates of macroevolutionary events over time. Average rates of gene birth (red), duplication (blue), HGT (green), and loss (yellow) per lineage (events per 10 Myr per lineage) are shown. Events that increase gene count are plotted to the right, and gene loss events are shown to the left. Genes already present at the Last Universal Common Ancestor are not included in the analysis of birth rates because the time over which those genes formed is not known. The Archaean Expansion (AE) was also detected when 30 alternative chronograms were considered (Supplementary Fig. 9). The inset shows metabolites or classes of metabolites ordered according to the number of gene families that use them that were born during the Archaean Expansion compared with the number born before the expansion, plotted on a log2 scale. Metabolites whose enrichments are statistically significant at a false discovery rate of less than 10% or less than 5% (Fisher's Exact Test) are identified with one or two asterisks, respectively. Bars are coloured by functional annotation or compound type (functional annotations were assigned manually). Metabolites were obtained from the KEGG database release 51.0 (ref. 27) and associated with clusters of orthologous groups of proteins (COGs) using the MicrobesOnline September 2008 database 28. Metabolites associated with fewer than 20 COGs or sharing more than two-thirds of gene families with other included metabolites are omitted. Abbreviations are defined in Supplementary Table 3.

4

5

6

7 Vmax = k cat.[E t ]

8 Rychlost reakce je tedy funkcí koncentrací substrátu reakce [S] a efektivní koncentrace enzymu [Et]: v = k cat.[Et].[S] / (K M + [S]) Jestliže [S] << K M (běžný případ, K M se pohybuje v rozmezí 1- 100[S]), pak v = [Et].[S].k cat /K M Obě konstanty - K M a k cat - souvisí s nutností udržet kompromis mezi rigiditou molekuly proteinu a její flexibilitou.

9 Náhodné peptidy?

10

11

12

13

14 * Problémy s vysokými nároky na vazebná místa RNA polymerázy: A, C, U nebo T se přikládá k A, C, U, nebo T na konci řetězce 16 různých kombinací i dnešní protein dělá hodně chyb * Problémy se stabilitou RNA v prostředí

15 Problémy se stabilitou RNA v prostředí denaturace vyšší teplotou Avšak: možnost vazby na povrchy možnost vázat jiné sloučeniny

16 Hypercyklus Manfred Eigen, Peter Schuster

17 Here is what I ride

18

19 hypercycklus M. Eigen

20

21

22 Szostak lab

23 Kód

24 Autonomní agent (S. Kauffman: Čtvrtý zákon)

25 Žádný myšlenkový systém nezahrnuje samoorganizaci jako součást tkaniva evoluční teorie. Žádný výzkumný program se nesnaží určit následky, které mají adaptační procesy na systémy s vnitřím řádem. Dal by se předpokládat, že sto let po Darwinovi už budeme chápat konstrukční požadavky, které dovolují komplexním systémům, aby se adaptovaly. Neznáme je však. Kauffman Ori

26 Autonomní agent je sebereprodukující systém, který je schopen alespoň jednoho termodynamického pracovního cyklu. K rozvinutí této myšlenky budu potřebovat většinu z následujících stránek. Kauffman 4Z

27 Jak jsem se tak snažil proniknout k podstatě autonomního agenta – která, jak jsme si právě řekli, zahrnuje i schopnost vykonávat pracovní cykly –, dostal jsem se i k samotnému pojmu práce jako usměrněného uvolňování energie. Nelze si nepovšimnout, že k postavení samotných „usměrňovačů“ je často třeba vynaložit práci. Nové usměrňovače pak mohou vykonávat práci další. Takže se točíme v jakémsi tvůrčím kruhu: K postavení usměrňovačů energie je zapotřebí práce, ale práce je možná jen tehdy, máme-li k dispozici usměrňovače. A zde tkví podstata nového pojmu „uspořádanosti“ (organisation), který nelze odvodit ze známých pojmů, jako je hmota, energie, entropie nebo informace.

28 Jen nerovnováha může být zdrojem práce, a proto zařízení, které koná práci, musí umět zdroj nerovnováhy určit a její míru změřit.

29 Nedala by se trojice známých zákonů termodynamiky rozšířit o zákon čtvrtý, který by se týkal otevřených termodynamických systémů, o zákon, jímž by se řídily biosféry kdekoli v kosmu, ba dokonce by se jimi řídil i kosmos sám? Kauffman 4Z

30 Biosféry dlouhodobě produkují autonomní agenty, a to tak rychle, jak jen to jde. Umožňují také účinný vývoj nových způsobů jejich „obživy“, takže se agenti mohou dál rozmnožovat. Jinak řečeno, biosféry neustále zvyšují různorodost toho, co má nastat v nejbližším příštím. Mohou tedy, jak uvidíme dále, udržovat vysoké průměrné hodnoty udržitelného růstu své vlastní „dimenzionality“. Kauffman 4Z

31 Obecným, tj. dlouhodobým, trendem biosféry je co nejvíce rozšiřovat prostor možností, nových typů událostí, které mohou nastat v následujícím časovém okamžiku. Jinak řečeno, obecným trendem je skutečnost, že biosféry rozšiřují počet svých rozměrů tak rychle, jak jen to jde. Kauffman 4Z

32 Kde se vzala podobná zařízení v rozvíjejícím se vesmíru a v naší biosféře? Kde se v biosféře vzal ten ohromný spletenec usměrňovačů a usměrněné energie, využívané ke konstrukci ještě dalších usměrňovačů? Jde snad o obecnou vlastnost vesmíru? Odpověď na tyto otázky v současné fyzice, chemii ani biologii nenajdete. Ne že by to vyvíjející se biosféře nějak bránilo ve výstavbě a šíření své uspořádanosti.

33 Kde se v evoluci berou novinky? Smlouvání autonomních agentů

34 Autonomní agent je fyzikální systém, který je – podobně jako ta bakterie – schopen v jistém prostředí konat ve vlastním zájmu. Všechny volně žijící buňky a organismy bezpochyby autonomními agenty jsou. A důvěrně známou, přesto však naprosto udivující vlastností autonomních agentů – bakterií, nálevníků, kvasinek, řas, hub, ploštěnců, kroužkovců, všech nás – je to, že neustále, dennodenně, manipulují okolním vesmírem. Plavou, přetlačují se, mrskají sebou, stavějí si úkryty, skrývají se, čenichají a loví.

35 Gratuita Jacques Monod, Náhoda a nutnost