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Das RNA-Molekül ist ebenfalls ein Polymer, dessen Monomere Ribonukleotide sind, RNA ist ein einzelsträngiges Molekül. Es ist genauso aufgebaut wie einer der DNA-Stränge. RNA-Nukleotide ähneln DNA-Nukleotiden, obwohl sie nicht mit ihnen identisch sind. Es gibt auch vier davon, und sie bestehen aus Resten einer stickstoffhaltigen Base, Pentose und Phosphorsäure. Die drei stickstoffhaltigen Basen sind genau die gleichen wie in der DNA: ABER, G und C. Allerdings statt T DNA in RNA enthält eine Pyrimidinbase ähnlicher Struktur, Uracil ( Bei). Der Hauptunterschied zwischen DNA und RNA ist die Art des Kohlenhydrats: In DNA-Nukleotiden ist das Monosaccharid Desoxyribose und in RNA Ribose. Die Verbindung zwischen Nukleotiden erfolgt wie bei der DNA über einen Zucker- und einen Phosphorsäurerest. Im Gegensatz zu DNA, deren Gehalt in den Zellen bestimmter Organismen konstant ist, schwankt der Gehalt an RNA in ihnen. Sie ist merklich höher, wo eine intensive Synthese stattfindet.

In Bezug auf die ausgeführten Funktionen werden mehrere Arten von RNA unterschieden.

RNA übertragen (tRNA). tRNA-Moleküle sind die kürzesten: Sie bestehen aus nur 80-100 Nukleotiden. Das Molekulargewicht solcher Partikel beträgt 25-30 Tsd. Transport-RNAs sind hauptsächlich im Zytoplasma der Zelle enthalten. Ihre Funktion besteht darin, Aminosäuren zu Ribosomen zu übertragen, an den Ort der Proteinsynthese. Vom gesamten RNA-Gehalt der Zellen macht tRNA etwa 10 % aus.

Ribosomale RNA (rRNA). Dies sind große Moleküle: Sie umfassen jeweils 3-5 Tausend Nukleotide, ihr Molekulargewicht erreicht 1-1,5 Mio. Ribosomale RNAs bilden einen wesentlichen Teil des Ribosoms. Vom gesamten RNA-Gehalt in der Zelle macht rRNA etwa 90 % aus.

Boten-RNA (mRNA) oder Boten-RNA (mRNA), gefunden im Zellkern und Zytoplasma. Seine Funktion besteht darin, Informationen über die Proteinstruktur von der DNA zum Ort der Proteinsynthese in Ribosomen zu übertragen. Der Anteil der mRNA macht etwa 0,5–1 % des gesamten RNA-Gehalts der Zelle aus. Die Größe der mRNA ist sehr unterschiedlich – von 100 bis 10.000 Nukleotiden.

Alle Arten von RNA werden auf DNA synthetisiert, die als eine Art Matrize dient.

DNA ist der Träger der Erbinformation.

Jedes Protein wird durch eine oder mehrere Polypeptidketten repräsentiert. Der Abschnitt der DNA, der Informationen über eine Polypeptidkette trägt, wird als bezeichnet Genom. Die Gesamtheit der DNA-Moleküle in einer Zelle fungiert als Träger der genetischen Information. Genetische Informationen werden von Mutterzellen an Tochterzellen und von Eltern an Kinder weitergegeben. Das Gen ist die genetische Einheit, oder erbliche Informationen.

DNA ist der Träger der Erbinformation in der Zelle - nimmt nicht direkt an der Synthese von Proteinen teil. In eukaryotischen Zellen sind DNA-Moleküle in den Chromosomen des Zellkerns enthalten und durch eine Kernmembran vom Zytoplasma getrennt, wo Proteine ​​synthetisiert werden. Zu den Ribosomen – Protein-Montagestellen – wird vom Kern ein Informationsträger geschickt, der die Poren der Kernhülle passieren kann. Boten-RNA (mRNA) ist ein solcher Vermittler. Nach dem Prinzip der Komplementarität wird es unter Beteiligung eines Enzyms namens RNA- auf DNA synthetisiert. Polymerase.

Boten-RNA ist ein einzelsträngiges Molekül, und die Transkription erfolgt von einem Strang eines doppelsträngigen DNA-Moleküls. Es ist keine Kopie des gesamten DNA-Moleküls, sondern nur ein Teil davon – ein Gen in Eukaryoten oder eine Gruppe benachbarter Gene, die Informationen über die Struktur von Proteinen enthalten, die zur Erfüllung einer Funktion in Prokaryoten erforderlich sind. Diese Gruppe von Genen heißt Operon. Am Anfang jedes Operons ist eine Art Landestelle für RNA-Polymerase genannt Promoter.dies ist eine spezifische Sequenz von DNA-Nukleotiden, die das Enzym aufgrund chemischer Affinität "erkennt". Erst durch Anheftung an den Promotor ist die RNA-Polymerase in der Lage, die RNA-Synthese zu starten. Am Ende des Operons angekommen, trifft das Enzym auf ein Signal (in Form einer bestimmten Nukleotidsequenz), das das Ende des Lesens anzeigt. Die fertige mRNA bewegt sich von der DNA weg und geht zum Ort der Proteinsynthese.

Der Transkriptionsprozess besteht aus vier Phasen: 1) RNA-Bindung- Polymerase mit einem Promotor; 2) Einleitung- Beginn der Synthese. Es besteht in der Bildung der ersten Phosphodiesterbindung zwischen ATP oder GTP und dem zweiten Nukleotid des synthetisierten RNA-Moleküls; 3) Verlängerung– RNA-Kettenwachstum; diese. die sequentielle Addition von Nukleotiden aneinander in der Reihenfolge, in der sich ihre komplementären Nukleotide im transkribierten DNA-Strang befinden. Die Elongationsrate beträgt 50 Nukleotide pro Sekunde; vier) Beendigung- Abschluss der RNA-Synthese.

Nach Passieren der Poren der Kernhülle wird mRNA zu den Ribosomen geschickt, wo die genetische Information entschlüsselt wird – sie wird von der „Sprache“ der Nukleotide in die „Sprache“ der Aminosäuren übersetzt. Die Synthese von Polypeptidketten nach der mRNA-Vorlage, die in Ribosomen vorkommt, wird genannt Übertragung(lat. Übersetzung - Übersetzung).

Aminosäuren, aus denen Proteine ​​synthetisiert werden, werden mit Hilfe von speziellen RNAs, den sogenannten Transport-RNAs (tRNAs), an die Ribosomen geliefert. Es gibt so viele verschiedene tRNAs in einer Zelle, wie es Codons gibt, die für Aminosäuren kodieren. Oben auf dem „Blatt“ jeder tRNA befindet sich eine Sequenz aus drei Nukleotiden, die komplementär zu den Nukleotiden des Codons in der mRNA sind. Sie rufen Sie an Anticodon. Ein spezielles Enzym – Codase – erkennt tRNA und heftet an den „Blattstiel“ eine Aminosäure – nur die, die von einem zum Anticodon komplementären Triplett codiert wird. Die Energie eines ATP-Moleküls wird für die Bildung einer kovalenten Bindung zwischen tRNA und ihrer „eigenen“ Aminosäure aufgewendet.

Damit eine Aminosäure in die Polypeptidkette aufgenommen werden kann, muss sie sich von der tRNA lösen. Dies wird möglich, wenn die tRNA in das Ribosom eindringt und das Anticodon sein Codon in der mRNA erkennt. Das Ribosom hat zwei Bindungsstellen für zwei tRNA-Moleküle. Einer dieser Bereiche, genannt Akzeptor, tRNA tritt mit einer Aminosäure ein und heftet sich an ihr Codon (I). Bindet (akzeptiert) diese Aminosäure die wachsende Proteinkette (II) an sich selbst? Zwischen ihnen wird eine Peptidbindung gebildet. tRNA, die nun zusammen mit dem mRNA-Codon angehängt wird Spender Abschnitt des Ribosoms. An die frei gewordene Akzeptorstelle kommt eine neue tRNA, gebunden an die Aminosäure, die durch das nächste Codon (III) verschlüsselt wird. Von der Spenderstelle wird die abgelöste Polypeptidkette wieder hierher transferiert und um ein weiteres Glied verlängert. Aminosäuren in der wachsenden Kette sind in der Reihenfolge verbunden, in der sich die sie codierenden Codons in der mRNA befinden.

Wenn eines der drei Tripletts auf dem Ribosom gefunden wird ( UAA, UAG, UGA), die "Interpunktionszeichen" zwischen Genen sind, kann keine tRNA an der Akzeptorstelle Platz nehmen. Tatsache ist, dass es keine Anticodons gibt, die komplementär zu den Nukleotidsequenzen von "Interpunktionszeichen" sind. Die abgelöste Kette hat an der Akzeptorstelle nichts zu binden und verlässt das Ribosom. Die Proteinsynthese ist abgeschlossen.

Bei Prokaryoten beginnt die Proteinsynthese mit dem Codon AUG, an erster Stelle in der Kopie jedes Gens gelegen, nimmt eine solche Position im Ribosom ein, dass das Anticodon einer speziellen tRNA mit ihm interagiert, verbunden mit Formylmentionin. Diese modifizierte Form der Aminosäure Methionin dringt sofort in die Spenderstelle ein und spielt die Rolle eines Großbuchstabens in der Phrase - die Synthese einer beliebigen Polypeptidkette beginnt damit in der Bakterienzelle. Wenn das Drilling AUG steht nicht an erster Stelle, sondern in einer Kopie des Gens, das für die Aminosäure Methionin kodiert. Nach Abschluss der Synthese der Polypeptidkette wird Formylmethionin daraus abgespalten und fehlt im fertigen Protein.

Um die Produktion von Proteinen zu steigern, passiert mRNA oft gleichzeitig nicht ein, sondern mehrere Ribosomen. Welche Struktur, die durch ein mRNA-Molekül vereint ist, wird genannt Polysom. An jedem Ribosom werden in diesem perlenartigen Fließband identische Proteine ​​synthetisiert.

Aminosäuren werden den Ribosomen kontinuierlich durch tRNA zugeführt. Nach Abgabe der Aminosäure verlässt die tRNA das Ribosom und wird mit Hilfe einer Codase verbunden. Die hohe Kohärenz aller "Pflanzenleistungen" zur Produktion von Proteinen ermöglicht es, innerhalb weniger Sekunden Polypeptidketten zu synthetisieren, die aus Hunderten von Aminosäuren bestehen.

Eigenschaften des genetischen Codes. Durch den Transkriptionsprozess in einer Zelle werden Informationen von der DNA auf das Protein übertragen.

DNA → mRNA → Protein

Die in DNA und mRNA enthaltene genetische Information ist in der Abfolge von Nukleotiden in Molekülen enthalten.

Wie erfolgt die Übersetzung von Informationen aus der „Sprache“ der Nukleotide in die „Sprache“ der Aminosäuren? Diese Übersetzung erfolgt anhand des genetischen Codes. Code oder Chiffre, ist ein System von Symbolen zur Übersetzung einer Informationsform in eine andere. Genetischer Code ist ein System zur Aufzeichnung von Informationen über die Sequenz von Aminosäuren in Proteinen unter Verwendung der Sequenz von Nukleotiden in mRNA.

Welche Eigenschaften hat der genetische Code?

Triplet-Code. RNA enthält vier Nukleotide: A, G, C, W. Wenn wir versuchen würden, eine Aminosäure mit einem Nukleotid zu bezeichnen, würden 16 von 20 Aminosäuren unverschlüsselt bleiben. Ein Zwei-Buchstaben-Code würde 16 Aminosäuren verschlüsseln. Die Natur hat einen Drei-Buchstaben- oder Triplet-Code geschaffen. Das bedeutet es Jede der 20 Aminosäuren wird von einer Sequenz aus drei Nukleotiden codiert, die Triplett oder Codon genannt wird.

Der Code ist degeneriert. Das bedeutet es jede Aminosäure wird von mehr als einem Codon kodiert. Ausnahmen: Meteonin und Tryptophan, die jeweils von einem Triplett kodiert werden.

Der Code ist eindeutig. Jedes Codon kodiert nur für eine Aminosäure.

Es gibt "Satzzeichen" zwischen Genen. In gedrucktem Text steht am Ende jedes Satzes ein Punkt. Mehrere verwandte Sätze bilden einen Absatz. In der Sprache der genetischen Information ist ein solcher Absatz ein Operon und seine komplementäre mRNA. Jedes Gen im prokaryontischen Operon oder ein einzelnes eukaryontisches Gen codiert eine Polypeptidkette – eine Phrase. Da auf der mRNA-Matrize teilweise mehrere unterschiedliche Polypeptidketten nacheinander entstehen, müssen diese voneinander getrennt werden. Dafür gibt es im genetischen Jahr drei spezielle Tripletts - UAA, UAG, UGA, von denen jedes die Beendigung der Synthese einer Polypeptidkette anzeigt. Somit erfüllen diese Tripletts die Funktion von Satzzeichen. Sie befinden sich am Ende jedes Gens.

Es gibt keine "Satzzeichen" innerhalb des Gens.

Der Code ist universell. Der genetische Code ist für alle Lebewesen auf der Erde gleich. In Bakterien und Pilzen, Weizen und Baumwolle, Fischen und Würmern, Fröschen und Menschen kodieren die gleichen Tripletts für die gleichen Aminosäuren.

Prinzipien der DNA-Replikation. Durch das Verfahren wird die Kontinuität des genetischen Materials in den Generationen von Zellen und Organismen sichergestellt Replikation - Vervielfältigung von DNA-Molekülen. Dieser komplexe Prozess wird von einem Komplex aus mehreren Enzymen und Proteinen durchgeführt, die keine katalytische Aktivität haben, die notwendig sind, um Polynukleotidketten die gewünschte Konformation zu geben. Als Ergebnis der Replikation werden zwei identische DNA-Doppelhelixen gebildet. Diese sogenannten Tochtermoleküle unterscheiden sich nicht voneinander und vom ursprünglichen Eltern-DNA-Molekül. Die Replikation erfolgt in der Zelle vor der Teilung, sodass jede Tochterzelle genau die gleichen DNA-Moleküle erhält, die die Mutterzelle hatte. Der Replikationsprozess basiert auf einer Reihe von Prinzipien:

Nur in diesem Fall können sich DNA-Polymerasen entlang der Elternstränge bewegen und diese als Vorlage für die fehlerfreie Synthese von Tochtersträngen verwenden. Das vollständige Abwickeln von Helices, die aus vielen Millionen Basenpaaren bestehen, ist jedoch mit einer so erheblichen Anzahl von Rotationen und einem solchen Energieaufwand verbunden, der unter Zellbedingungen unmöglich ist. Daher beginnt die Replikation in Eukaryoten gleichzeitig an einigen Stellen des DNA-Moleküls. Der Bereich zwischen zwei Punkten, an dem die Synthese von Tochterketten beginnt, wird als bezeichnet Replikon. Er ist Einheit der Replikation.

Jedes DNA-Molekül in einer eukaryotischen Zelle enthält viele Replikons. In jedem Replikon ist eine Replikationsgabel zu sehen – jener Teil des DNA-Moleküls, der sich bereits unter der Wirkung spezieller Enzyme aufgelöst hat. Jeder Strang in der Gabel dient als Matrize für die Synthese eines komplementären Tochterstrangs. Während der Replikation bewegt sich die Gabel entlang des Ausgangsmoleküls, während neue DNA-Abschnitte entdrillt werden. Da sich DNA-Polymerasen entlang der Matrixstränge nur in eine Richtung bewegen können und die Stränge antiparallel orientiert sind, werden in jeder Gabelung gleichzeitig zwei verschiedene Enzymkomplexe synthetisiert. Darüber hinaus wächst in jeder Gabelung eine (führende) Tochterkette kontinuierlich, und die andere (nacheilende) Kette wird durch mehrere Nukleotide lange separate Fragmente synthetisiert. Solche Enzyme, benannt nach dem japanischen Wissenschaftler, der sie entdeckt hat Fragmente von Okazaki werden durch DNA-Ligase zu einer durchgehenden Kette verknüpft. Der Mechanismus der Bildung von Tochterketten von DNA-Fragmenten wird als diskontinuierlich bezeichnet.

Für Primer benötigte DNA-Polymerase ist weder in der Lage, die Synthese des führenden Strangs noch die Synthese der Okazaki-Fragmente des nacheilenden Strangs zu starten. Es kann nur einen bereits bestehenden Polynukleotidstrang aufbauen, indem es sequentiell Desoxyribonukleotide an sein 3'-OH-Ende anhängt. Woher kommt das anfängliche 5'-Ende des wachsenden DNA-Strangs? Es wird auf der DNA-Vorlage durch eine spezielle RNA-Polymerase namens synthetisiert Primas(englische Grundierung - Samen). Die Größe des Ribonukleotid-Primers ist klein (weniger als 20 Nukleotide) im Vergleich zur Größe der DNA-Kette, die durch DNA-Poimerase gebildet wird. Erfüllt sein Funktionen Der RNA-Primer wird durch ein spezielles Enzym entfernt und die dabei entstandene Lücke wird durch die DNA-Polymerase repariert, die das 3'-OH-Ende des benachbarten Okazaki-Fragments als Primer verwendet.

Das Problem der Unterreplikation der Enden linearer DNA-Moleküle. Entfernung extremer RNA-Primer, komplementär zu den 3'-Enden beider Stränge des linearen Eltern-DNA-Moleküls, führt dazu, dass die Kindstränge kürzer als 10–20 Nukleotide sind. Dies ist das Problem der Unterreplikation der Enden von linearen Molekülen.

Das Problem der Unterreplikation der 3'-Enden linearer DNA-Moleküle wird von eukaryotischen Zellen mit einem speziellen Enzym gelöst - Telomerase.

Telomerase ist eine DNA-Polymerase, die die 3'-terminalen DNA-Moleküle von Chromosomen mit kurzen, sich wiederholenden Sequenzen vervollständigt. Sie befinden sich hintereinander und bilden eine regelmäßige Endstruktur mit einer Länge von bis zu 10.000 Nukleotiden. Neben dem Proteinteil enthält die Telomerase RNA, die als Matrize für die Verlängerung der DNA mit Wiederholungen dient.

Schema der Verlängerung der Enden von DNA-Molekülen. Zunächst erfolgt eine komplementäre Bindung des überstehenden DNA-Endes an die Matrizenstelle der Telomerase-RNA, dann baut die Telomerase die DNA auf, indem sie ihr 3'-OH-Ende als Keim und die RNA, die Teil des Enzyms ist, als Matrize verwendet. Dieses Stadium wird Elongation genannt. Danach erfolgt die Translokation, d.h. Bewegung der um eine Wiederholung verlängerten DNA relativ zum Enzym. Darauf folgt eine Elongation und eine weitere Translokation.

Als Ergebnis werden spezialisierte Endstrukturen von Chromosomen gebildet. Sie bestehen aus sich wiederholenden kurzen DNA-Sequenzen und spezifischen Proteinen.

Die Struktur von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren – Phosphohaltige Biopolymere lebender Organismen, die für die Erhaltung und Weitergabe von Erbinformationen sorgen.

Makromoleküle von Nukleinsäuren wurden 1869 vom Schweizer Chemiker F. Miescher in den Kernen von Leukozyten entdeckt, die in Gülle gefunden wurden. Später wurden Nukleinsäuren in allen Zellen von Pflanzen und Tieren, Pilzen, Bakterien und Viren gefunden.

Bemerkung 1

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren - Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA).

Wie Sie aus den Namen ersehen können, enthält das DNA-Molekül den Pentosezucker Desoxyribose und das RNA-Molekül Ribose.

Mittlerweile sind eine Vielzahl von DNA- und RNA-Varianten bekannt, die sich in Struktur und Bedeutung im Stoffwechsel voneinander unterscheiden.

Beispiel 1

Die Bakterienzelle von E. coli enthält etwa 1000 Arten von Nukleinsäuren und in Tieren und Pflanzen sogar noch mehr.

Jede Spezies von Organismen hat ihren eigenen Satz dieser Säuren. DNA ist hauptsächlich in den Chromosomen des Zellkerns (% der gesamten Zell-DNA) sowie in Chloroplasten und Mitochondrien lokalisiert. RNA findet sich im Zytoplasma, Nukleolen, Ribosomen, Mitochondrien und Plastiden.

Das DNA-Molekül besteht aus zwei Polynukleotidketten, die spiralförmig zueinander verdreht sind. Die Schlegel sind antiparallel angeordnet, also 3-endig und 5-endig.

Die Strukturkomponenten (Monomere) jeder solchen Kette sind Nukleotide. In Nukleinsäuremolekülen variiert die Anzahl der Nukleotide – von 80 in Transport-RNA-Molekülen bis zu mehreren Zehntausend in DNA.

Jedes DNA-Nukleotid enthält eine der vier stickstoffhaltigen Basen ( Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin), Desoxyribose und Phosphorsäurereste.

Bemerkung 2

Nukleotide unterscheiden sich nur in stickstoffhaltigen Basen, zwischen denen familiäre Bindungen bestehen. Thymin, Cytosin und Uracil sind Pyrimidinbasen, während Adenin und Guanin Purinbasen sind.

Benachbarte Nukleotide in einer Polynukleotidkette sind durch kovalente Bindungen verbunden, die zwischen der Desoxyribose eines DNA-Moleküls (oder RNA-Ribose) eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen gebildet werden.

Bemerkung 3

Obwohl es in einem DNA-Molekül nur vier Arten von Nukleotiden gibt, erreichen DNA-Moleküle aufgrund einer Änderung in der Reihenfolge ihrer Position in einer langen Kette eine enorme Vielfalt.

Zwei Polynukleotidketten werden mithilfe von Wasserstoffbrückenbindungen, die zwischen den stickstoffhaltigen Basen der Nukleotide verschiedener Ketten gebildet werden, zu einem einzigen DNA-Molekül kombiniert.

Gleichzeitig kann sich Adenin (A) nur mit Thymin (T) und Guanin (G) nur mit Cytosin (C) verbinden. Als Ergebnis ist in verschiedenen Organismen die Anzahl der Adenylnukleotide gleich der Anzahl der Thymidylnukleotide und die Anzahl der Guanylnukleotide gleich der Anzahl der Cytidylnukleotide. Ein solches Muster wird aufgerufen "Chargaffs Regel". Somit wird die Sequenz von Nukleotiden in einer Kette gemäß ihrer Sequenz in einer anderen bestimmt.

Diese Fähigkeit von Nukleotiden, sich selektiv zu kombinieren, wird als bezeichnet Komplementarität, und diese Eigenschaft sorgt für die Bildung neuer DNA-Moleküle auf der Grundlage des ursprünglichen Moleküls (Reproduzieren).

Bemerkung 4

Die Doppelhelix wird durch zahlreiche Wasserstoffbrückenbindungen (zwei zwischen A und T, drei zwischen G und C) und hydrophobe Wechselwirkungen stabilisiert.

Der DNA-Durchmesser beträgt 2 nm, die Helixsteigung 3,4 nm und jede Windung enthält 10 Basenpaare.

Die Länge des Nukleinsäuremoleküls erreicht Hunderttausende von Nanometern. Dies übertrifft das größte Proteinmakromolekül, dessen Länge in ungefalteter Form nicht mehr als 100–200 nm beträgt, erheblich.

Selbstvervielfältigung des DNA-Moleküls

Jeder Zellteilung geht unter absolut strikter Einhaltung der Nukleotidsequenz die Vervielfältigung eines DNA-Moleküls voraus.

Es beginnt damit, dass die Doppelhelix der DNA vorübergehend entdrillt wird. Dies geschieht unter der Wirkung der Enzyme DNA-Topoisomerase und DNA-Helikase. DNA-Polymerase und DNA-Primase katalysieren die Polymerisation von Nukleosidtriphosphaten und die Bildung einer neuen Kette.

Die Genauigkeit der Replikation wird durch die komplementäre (A - T, G - C) Wechselwirkung der stickstoffhaltigen Basen der aufgebauten Matrixkette sichergestellt.

Bemerkung 5

Jede Polynukleotidkette ist eine Matrize für eine neue komplementäre Kette. Dadurch entstehen zwei DNA-Moleküle, von denen jeweils eine Hälfte aus dem Muttermolekül stammt und die andere neu synthetisiert wird.

Außerdem werden neue Ketten zunächst in Form von kurzen Fragmenten synthetisiert und diese Fragmente dann durch ein spezielles Enzym zu langen Ketten „vernetzt“.

Die beiden neu gebildeten DNA-Moleküle sind aufgrund der Replikation eine exakte Kopie des ursprünglichen Moleküls.

Dieser Prozess ist die Grundlage für die Übertragung von Erbinformationen, die auf zellulärer und organischer Ebene erfolgt.

Bemerkung 6

Das wichtigste Merkmal der DNA-Replikation ist ihre hohe Genauigkeit, die durch einen speziellen Proteinkomplex - die "Replikationsmaschine" - gewährleistet wird.

Funktionen der „Replikationsmaschine“:

• produziert Kohlenhydrate, die ein komplementäres Paar mit den Nukleotiden der Ausgangsmatrixkette bilden;
• wirkt als Katalysator bei der Bildung einer kovalenten Bindung zwischen dem Ende der wachsenden Kette und jedem neuen Nukleotid;
• korrigiert den Strang, indem falsch platzierte Nukleotide entfernt werden.

Die Anzahl der Fehler in der "Replikationsmaschine" ist sehr gering, weniger als ein Fehler pro 1 Milliarde Nukleotide.

Es gibt jedoch Fälle, in denen die „Replikationsmaschine“ einige zusätzliche Basen überspringen oder einfügen kann, z. B. C anstelle von T oder A anstelle von G. Jeder derartige Austausch der Nukleotidsequenz im DNA-Molekül ist ein genetischer Fehler und wird als genetischer Fehler bezeichnet Mutation. In allen nachfolgenden Zellgenerationen werden solche Fehler erneut reproduziert, was zu spürbaren negativen Folgen führen kann.

RNA-Typen und ihre Funktionen

RNA ist eine einzelne Polynukleotidkette (einige Viren haben zwei Ketten).

Monomere sind Ribonukleotide.

Stickstoffbasen in Nukleotiden:

• Adenin (A);*
• Guanin (G);
• Cytosin (C);
• Uracil (U).*

Monosaccharid - Ribose.

In der Zelle ist es im Zellkern (Nukleolus), Mitochondrien, Chloroplasten, Ribosomen und Zytoplasma lokalisiert.

Es wird durch Matrixsynthese nach dem Prinzip der Komplementarität an einem der DNA-Stränge synthetisiert, ist nicht replikationsfähig (Selbstverdopplung) und labil.

Es gibt verschiedene Arten von RNA, die sich in Molekülgröße, Struktur, zellulärer Lage und Funktion unterscheiden.

Niedriges molekulares Gewicht Transfer-RNA (tRNA) machen etwa 10 % der Gesamtmenge an zellulärer RNA aus.

Bei der Übertragung genetischer Informationen kann jede tRNA nur eine bestimmte Aminosäure (z. B. Lysin) an Ribosomen, den Ort der Proteinsynthese, binden und übertragen. Aber es gibt mehr als eine tRNA für jede Aminosäure. Daher gibt es weit mehr als 20 verschiedene tRNAs, die sich in ihrer Primärstruktur unterscheiden (eine unterschiedliche Nukleotidsequenz haben).

Ribosomale RNA (rRNA) machen bis zu 85 % aller RNA-Zellen aus. Als Teil der Ribosomen erfüllen sie dabei eine strukturelle Funktion. Außerdem ist rRNA an der Bildung des aktiven Zentrums des Ribosoms beteiligt, wo während der Proteinbiosynthese Peptidbindungen zwischen Aminosäuremolekülen gebildet werden.

Mit Information oder Matrix, RNA (mRNA) Die Proteinsynthese ist in der Zelle programmiert. Obwohl ihr Gehalt in der Zelle relativ gering ist – etwa 5 % – der Gesamtmasse aller RNAs in der Zelle, stehen mRNAs in ihrer Bedeutung an erster Stelle, da sie direkt den DNA-Code für die Proteinsynthese übertragen. Jedes Zellprotein codiert eine spezifische mRNA. Dies erklärt sich dadurch, dass die RNA während ihrer Synthese von der DNA Informationen über die Proteinstruktur in Form einer kopierten Sequenz von Nukleotiden erhält und diese zur Verarbeitung und Umsetzung an das Ribosom überträgt.

Bemerkung 7

Die Bedeutung aller RNA-Typen liegt in der Tatsache, dass sie ein funktionell integriertes System sind, das darauf abzielt, in der Zelle die Synthese von für sie spezifischen Proteinen zu implementieren.

Chemische Struktur und Rolle von ATP im Energiestoffwechsel

Adenosintriphosphorsäure (ATP ) kommt in jeder Zelle vor - im Hyaloplasma (lösliche Fraktion des Zytoplasmas), in Mitochondrien, Chloroplasten und im Zellkern.

Es liefert Energie für die meisten Reaktionen, die in der Zelle ablaufen. Mit Hilfe von ATP ist die Zelle in der Lage, sich zu bewegen, neue Moleküle von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten zu synthetisieren, Zerfallsprodukte loszuwerden, einen aktiven Transport durchzuführen usw.

Das ATP-Molekül besteht aus einer stickstoffhaltigen Base, einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, Ribose und drei Phosphorsäureresten. Phosphatgruppen im ATP-Molekül sind durch hochenergetische (makroerge) Bindungen miteinander verbunden.

Durch hydrolytische Spaltung der letzten Phosphatgruppe Adenosindiphosphorsäure (ADP) und Energie wird freigesetzt.

Nach Abspaltung der zweiten Phosphatgruppe Adenosinmonophosphorsäure (AMP) und ein weiterer Teil der Energie wird freigesetzt.

ATP entsteht aus ADP und anorganischem Phosphat durch die Energie, die bei der Oxidation organischer Substanzen und bei der Photosynthese freigesetzt wird. Dieser Vorgang wird Phosphorylierung genannt. In diesem Fall sollten mindestens 40 kJ / mol ATP, angereichert in seinen makroergen Bindungen, verwendet werden.

Das bedeutet, dass die Hauptbedeutung der Atmungs- und Photosyntheseprozesse darin besteht, dass sie Energie für die Synthese von ATP liefern, unter deren Beteiligung eine beträchtliche Anzahl unterschiedlicher Prozesse in der Zelle abläuft.

ATP wird extrem schnell wiederhergestellt. Beispiel Beim Menschen wird jedes ATP-Molekül 2400 Mal am Tag abgebaut und erneuert, daher beträgt seine durchschnittliche Lebensdauer weniger als 1 Minute.

Die ATP-Synthese findet hauptsächlich in Mitochondrien und Chloroplasten statt. Das gebildete ATP gelangt durch die Kanäle des endoplasmatischen Retikulums in die Teile der Zelle, in denen Energie benötigt wird.

Jede Art von Zellaktivität tritt aufgrund der Energie auf, die während der ATP-Hydrolyse freigesetzt wird. Die restliche Energie (ca. 50%), die beim Abbau von Molekülen aus Proteinen, Fetten, Kohlenhydraten und anderen organischen Verbindungen freigesetzt wird, wird in Form von Wärme abgeführt und verflüchtigt sich und hat keine praktische Bedeutung für das Leben der Zelle.

Im RNA-Molekül anstelle von Thymin vorhanden. RNA-Nukleotide enthalten Ribose anstelle von Desoxyribose. In einer RNA-Kette sind Nukleotide durch kovalente Bindungen zwischen der Ribose eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen verbunden.

Im Körper kommt RNA in Form von Komplexen mit Proteinen - Ribonukleoproteinen - vor.

Es gibt 2 Arten von RNA-Molekülen:

1) Doppelsträngige RNAs sind charakteristisch für einige Viren - sie dienen der Speicherung und Reproduktion von Erbinformationen (führen die Funktionen von Chromosomen aus).

2) In den meisten Zellen übernehmen einzelsträngige RNAs die Übertragung von Informationen über die Aminosäuresequenz in Proteinen vom Chromosom zum Ribosom.

Einzelsträngige RNAs haben räumliche Organisation: Durch die Wechselwirkung stickstoffhaltiger Basen untereinander sowie mit Phosphaten und Hydroxylen des Zucker-Phosphat-Rückgrats wird die Kette zu einer kompakten Struktur wie einem Kügelchen gefaltet. Funktion: Transfer von Chromosom zu Ribosom Information über die Sequenz von AA in zu synthetisierenden Proteinen.

Je nach Funktion oder Ort in der Zelle gibt es verschiedene Arten von einzelsträngiger RNA:

1. Ribosomale RNA (rRNA) macht den Großteil der zytoplasmatischen RNA aus (80-90%). Abmessungen 3000-5000 Basenpaare. Sekundärstruktur in Form von Doppelhelix-Haarnadeln. rRNA ist ein struktureller Bestandteil von Ribosomen – Zellorganellen, in denen die Proteinsynthese stattfindet. Ribosomen sind im Zytoplasma, Nukleolus, Mitochondrien und Chloroplasten lokalisiert. Bestehen aus zwei Untereinheiten - groß und klein. Die kleine Untereinheit besteht aus einem rRNA-Molekül und 33 Proteinmolekülen, die große Untereinheit besteht aus 3 rRNA-Molekülen und 50 Proteinen. Ribosomenproteine ​​erfüllen enzymatische und strukturelle Funktionen.

rRNA-Funktionen:

1) Strukturkomponente Ribosom- ihre Integrität ist für die Proteinbiosynthese notwendig;

2) Gewährleistung der korrekten Bindung des Ribosoms an mRNA;

3) Gewährleistung der korrekten Bindung des Ribosoms an t-RNA;

2. Matrix (mRNA) - 2-6 % der Gesamtmenge an RNA.

Besteht aus Bereichen:

1) Cistrons - bestimmen die Sequenz von AK in den Proteinen, die sie codieren, haben eine einzigartige Nukleotidsequenz;

2) nicht translatierte Regionen befinden sich an den Enden des Moleküls und weisen gemeinsame Muster der Nukleotidzusammensetzung auf.

Cap - eine spezielle Struktur am 5'-Ende der mRNA - ist 7-Methylguanosintriphosphat, das enzymatisch während der Transkription gebildet wird.

Cap-Funktionen:

1) schützt das 5'-Ende vor Spaltung durch Exonukleasen,

2) dient der spezifischen Erkennung von mRNA während der Translation.

Präzistronische untranslatierte Region – 3–15 Nukleotide. Funktion: Gewährleistung der korrekten Interaktion des 5'-Endes der mRNA mit dem Ribosom.

Cistron: enthält initiierende und terminierende Codons - spezielle Nukleotidsequenzen, die für den Beginn und das Ende der Informationsübertragung von einem bestimmten Cistron verantwortlich sind.

Postcistronische untranslatierte Region – am 3'-Ende gelegen, enthält ein Hexanukleotid (häufig AAAAAA) und eine Kette von 20–250 Adenylnukleotiden. Die Funktion besteht darin, die intrazelluläre Stabilität von mRNA aufrechtzuerhalten.

3. Transfer-RNAs (tRNAs) - 15 % der gesamten RNA, bestehen aus 70-93 Basenpaaren. Funktion: Übertragung einer Aminosäure an den Ort der Proteinsynthese, „Erkennen“ (nach dem Prinzip der Komplementarität) der mRNA-Region, die der übertragenen Aminosäure entspricht. Für jede der 20 AAs gibt es spezifische tRNAs (normalerweise mehr als eine). Alle tRNAs haben eine komplexe Kleeblattstruktur.

Das Kleeblatt enthält 5 Abschnitte:

1) 3'-Ende - Akzeptorzweig (der AA-Rest ist hier durch eine Etherbindung gebunden),

2) Antikydon-Zweig – befindet sich gegenüber der Akzeptorstelle, besteht aus drei ungepaarten (mit freien Bindungen) Nukleotiden (Anticodon) und paart sich spezifisch (antiparallel, komplementär) mit dem mRNA-Codon.

Kodon- ein Satz von 3 Nukleotiden (Triplett) in mRNA, der die Position einer bestimmten Aminosäure in der synthetisierten Polypeptidkette bestimmt. Dies ist eine Einheit des genetischen Codes, mit deren Hilfe alle genetischen Informationen in DNA- und RNA-Molekülen „aufgezeichnet“ werden.

3) T-Zweig (Pseudouredin-Schleife – enthält Pseudouredin) – eine Stelle, die an das Ribosom bindet.

4) D-Zweig (Dehydrouredin-Schleife – enthält Dehydrouredin) – eine Stelle, die eine Wechselwirkung mit dem der Aminosäure entsprechenden Enzym Aminoacyl-tRNA-Synthetase bereitstellt.

5) Zusätzlicher kleiner Ast. Die Funktionen wurden noch nicht erforscht.

6) Kern-RNA (nRNA) – ein Bestandteil des Zellkerns. Niederpolymer, stabil, dessen Rolle noch unklar ist.

Alle Arten von RNA werden im Zellkern auf der DNA-Matrix unter Einwirkung von Enzymen synthetisiert. Polymerasen. In diesem Fall wird eine Sequenz von Ribonukleotiden gebildet, die komplementär zur Sequenz von Desoxyribonukleotiden in der DNA ist - dies ist der Prozess der Transkription.

RNA ist wie DNA ein Polynukleotid. Die Struktur von RNA-Nukleotiden mit der von DNA, aber es gibt folgende Unterschiede:

• Anstelle von Desoxyribose enthalten RNA-Nukleotide einen Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, Ribose;
• Anstelle der stickstoffhaltigen Base von Thymin, Uracil;
• Das RNA-Molekül wird normalerweise durch eine Kette dargestellt (bei einigen Viren durch zwei);

Es gibt in Zellen drei Arten von RNA: Informations-, Transport- und ribosomal.

Informativ RNA (i-RNA) ist eine Kopie eines bestimmten DNA-Abschnitts und fungiert als Träger der genetischen Information von der DNA zum Ort der Proteinsynthese (Ribosom) und ist direkt am Zusammenbau seiner Moleküle beteiligt.

Transport RNA (tRNA) transportiert Aminosäuren aus dem Zytoplasma zu den Ribosomen.

Ribosomale RNA (rRNA) ist Teil der Ribosomen. Es wird angenommen, dass r-RNA eine bestimmte räumliche Beziehung bereitstellt i-RNA und t-RNA.

Die Rolle der RNA im Prozess der Realisierung der Erbinformation.

Erbinformationen, die unter Verwendung des genetischen Codes geschrieben sind, werden in DNA-Molekülen gespeichert und vervielfacht, um neu gebildeten Zellen die notwendigen "Anweisungen" für ihre normale Entwicklung und Funktion zu geben. Gleichzeitig ist DNA nicht direkt an der Lebenserhaltung von Zellen beteiligt. Die Rolle eines Vermittlers, dessen Aufgabe es ist, die in der DNA gespeicherte Erbinformation in eine Arbeitsform zu übersetzen, wird von gespielt Ribonukleinsäuren - RNA.

Im Gegensatz zu DNA-Molekülen werden Ribonukleinsäuren durch eine Polynukleotidkette dargestellt, die aus vier Arten von Nukleotiden besteht, die Zucker, Ribose, Phosphat und eine der vier stickstoffhaltigen Basen - Adenin, Guanin, Uracil oder Cytosin - enthalten. RNA wird auf DNA-Molekülen unter Verwendung von RNA-Polymerase-Enzymen in Übereinstimmung mit dem Prinzip der Komplementarität und Antiparallelität synthetisiert, und Uracil ist komplementär zu DNA-Adenin in RNA. Die ganze Vielfalt der in der Zelle wirkenden RNAs kann in drei Haupttypen unterteilt werden: mRNA, tRNA, rRNA.

Nach der chemischen Organisation des Erb- und Variabilitätsmaterials unterscheiden sich eukaryotische und prokaryotische Zellen nicht grundsätzlich voneinander. Ihr genetisches Material wird durch DNA repräsentiert. Ihnen gemeinsam ist das Prinzip der Erfassung genetischer Informationen sowie des genetischen Codes. Dieselben Aminosäuren werden in Pro- und Eukaryoten mit denselben Codons verschlüsselt. Die Nutzung der in der DNA gespeicherten Erbinformation erfolgt in diesen Zelltypen prinzipiell auf die gleiche Weise. Zuerst wird es in die Nukleotidsequenz des mRNA-Moleküls transkribiert und dann auf Ribosomen unter Beteiligung von tRNA in die Aminosäuresequenz des Peptids übersetzt. Einige Merkmale der Organisation des Erbguts, die eukaryotische Zellen von prokaryotischen unterscheiden, führen jedoch zu Unterschieden in der Nutzung ihrer genetischen Information.

Das Erbmaterial einer prokaryotischen Zelle ist hauptsächlich in einem einzigen ringförmigen DNA-Molekül enthalten. Es befindet sich direkt im Zytoplasma der Zelle, wo sich auch für die Genexpression notwendige tRNAs und Enzyme befinden, die zum Teil in Ribosomen enthalten sind. Prokaryotische Gene bestehen ausschließlich aus kodierenden Nukleotidsequenzen, die bei der Synthese von Proteinen, tRNA oder rRNA entstehen.

Das Erbgut von Eukaryoten ist volumenmäßig größer als das von Prokaryoten. Es befindet sich hauptsächlich in speziellen Nuklearstrukturen - Chromosomen die durch die Kernhülle vom Zytoplasma getrennt sind. Der für die Proteinsynthese notwendige Apparat, bestehend aus Ribosomen, tRNA, einer Reihe von Aminosäuren und Enzymen, befindet sich im Zytoplasma der Zelle.

Signifikante Unterschiede bestehen in der molekularen Organisation von Genen in eukaryotischen Zellen. Die meisten von ihnen haben codierende Sequenzen Exons unterbrochen Intron Stellen, die nicht bei der Synthese von t-RNA, r-RNA oder Peptiden verwendet werden. Die Anzahl solcher Regionen variiert in verschiedenen Genen.Diese Regionen werden von der primär transkribierten RNA entfernt, und daher erfolgtdie Nutzung der genetischen Information in einer eukaryontischen Zelle etwasanders. In einer prokaryotischen Zelle, in der die Erbsubstanz und der Apparat zur Proteinbiosynthese nicht räumlich getrennt sind, laufen Transkription und Translation nahezu gleichzeitig ab. In einer eukaryotischen Zelle sind diese beiden Stadien nicht nur räumlich durch die Kernhülle, sondern auch zeitlich durch die Prozesse der mRNA-Reifung getrennt, aus denen uninformative Sequenzen entfernt werden müssen.

Zusätzlich zu diesen Unterschieden in jedem Stadium der Expression genetischer Informationen können einige Merkmale des Ablaufs dieser Prozesse in Pro- und Eukaryoten festgestellt werden.

Kandidat der Biowissenschaften S. GRIGOROVICH.

Am frühesten Beginn seiner Geschichte, als der Mensch Vernunft und damit die Fähigkeit zu abstraktem Denken erwarb, wurde er ein Gefangener eines unwiderstehlichen Bedürfnisses, alles erklären zu müssen. Warum leuchten Sonne und Mond? Warum fließen Flüsse? Wie ist die Welt? Eine der wichtigsten war natürlich die Frage nach dem Wesen des Lebendigen. Der scharfe Unterschied zwischen den Lebenden, die wachsen, und den Toten, die bewegungslos sind, war zu auffallend, um ignoriert zu werden.

Das erste von D. Ivanovsky 1892 beschriebene Virus ist das Tabakmosaikvirus. Dank dieser Entdeckung wurde klar, dass es Lebewesen gibt, die primitiver sind als die Zelle.

Russischer Mikrobiologe D. I. Ivanovsky (1864-1920), Begründer der Virologie.

1924 schlug A. I. Oparin (1894-1980) vor, dass in der Atmosphäre der jungen Erde, die aus Wasserstoff, Methan, Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf bestand, Aminosäuren synthetisiert werden könnten, die sich dann spontan zu Proteinen verbinden.

Der amerikanische Biologe Oswald Avery hat in Experimenten mit Bakterien überzeugend gezeigt, dass es Nukleinsäuren sind, die für die Übertragung erblicher Eigenschaften verantwortlich sind.

Vergleichende Struktur von RNA und DNA.

Zweidimensionale räumliche Struktur des Ribozyms des einfachsten Organismus Tetrahymena.

Schematische Darstellung des Ribosoms, einer molekularen Maschine zur Proteinsynthese.

Schema des "Evolution in vitro"-Prozesses (Selex-Methode).

Louis Pasteur (1822-1895) entdeckte als erster, dass Kristalle ein und derselben Substanz – Weinsäure – zwei spiegelsymmetrische räumliche Konfigurationen haben können.

In den frühen 1950er Jahren führte Stanley Miller von der University of Chicago (USA) das erste Experiment durch, das die chemischen Reaktionen simulierte, die unter den Bedingungen einer jungen Erde ablaufen könnten.

Chirale Moleküle wie Aminosäuren sind spiegelsymmetrisch wie die linke und die rechte Hand. Der Begriff „Chiralität“ selbst kommt vom griechischen Wort „chiros“ – Hand.

Theorie der RNA-Welt.

Wissenschaft und Leben // Illustrationen

In jeder Phase der Geschichte haben Menschen ihre eigene Lösung für das Rätsel der Entstehung von Leben auf unserem Planeten angeboten. Die Alten, die das Wort "Wissenschaft" nicht kannten, fanden eine einfache und zugängliche Erklärung für das Unbekannte: "Alles, was es gibt, wurde einmal von jemandem erschaffen." So erschienen die Götter.

Von der Geburt der alten Zivilisationen in Ägypten, China und dann in der Wiege der modernen Wissenschaft - Griechenland - bis zum Mittelalter dienten Beobachtungen und Meinungen von "Autoritäten" als Hauptmethode, um die Welt zu kennen. Ständige Beobachtungen bezeugen eindeutig, dass das Lebende unter bestimmten Bedingungen aus dem Unbelebten hervorgeht: Mücken und Krokodile - aus Sumpfschlamm, Fliegen - aus verrottetem Essen und Mäuse - aus mit Weizen bestreuter schmutziger Wäsche. Es ist nur wichtig, eine bestimmte Temperatur und Luftfeuchtigkeit einzuhalten.

Europäische "Wissenschaftler" des Mittelalters, die sich auf das religiöse Dogma der Erschaffung der Welt und die Unverständlichkeit göttlicher Pläne stützten, hielten es für möglich, über die Entstehung des Lebens nur im Rahmen der Bibel und religiöser Schriften zu streiten. Die Essenz dessen, was Gott geschaffen hat, kann nicht verstanden, sondern nur anhand von Informationen aus heiligen Texten oder unter dem Einfluss göttlicher Inspiration „spezifiziert“ werden. Das Testen von Hypothesen galt damals als schlechtes Benehmen, und jeder Versuch, die Meinung der heiligen Kirche in Frage zu stellen, wurde als unangenehme Tat, Ketzerei und Sakrileg betrachtet.

Das Wissen vom Leben trat auf der Stelle. Die Errungenschaften der Philosophen des antiken Griechenlands blieben zweitausend Jahre lang der Gipfel des wissenschaftlichen Denkens. Die bedeutendsten davon waren Plato (428/427 - 347 v. Chr.) und sein Schüler Aristoteles (384 - 322 v. Chr.). Plato schlug unter anderem die Idee vor, zunächst unbelebte Materie zu beleben, indem ihr eine unsterbliche nichtmaterielle Seele - "Psyche" - infundiert wurde. So entstand die Theorie der spontanen Entstehung von Lebewesen aus Nicht-Lebewesen.

Das große Wort für die Wissenschaft „Experiment“ kam mit der Renaissance. Es dauerte zweitausend Jahre, bis sich ein Mensch entschloss, die Unveränderlichkeit der maßgeblichen Aussagen antiker Wissenschaftler anzuzweifeln. Einer der ersten uns bekannten Draufgänger war der italienische Arzt Francisco Redi (1626 - 1698). Er führte ein äußerst einfaches, aber effektives Experiment durch: Er legte ein Stück Fleisch in mehrere Gefäße, von denen eines mit einem dichten Tuch bedeckt wurde, andere mit Gaze und das dritte offen gelassen wurde. Die Tatsache, dass sich Fliegenlarven nur in offenen Gefäßen (auf denen Fliegen landen konnten), nicht aber in geschlossenen Gefäßen (die noch Zugang zu Luft hatten) entwickelten, widersprach scharf den Überzeugungen der Anhänger von Platon und Aristoteles von einer unfassbaren durchströmenden Lebenskraft die Luft und die Umwandlung von unbelebter Materie in lebendige Materie.

Dieses und ähnliche Experimente markierten den Beginn einer Periode erbitterter Kämpfe zwischen zwei Gruppen von Wissenschaftlern: den Vitalisten und den Mechanisten. Der Kern des Streits war die Frage: "Kann das Funktionieren (und Aussehen) von Lebewesen durch physikalische Gesetze erklärt werden, die auch für unbelebte Materie gelten?" Die Vitalisten verneinten ihn. "Eine Zelle - nur von einer Zelle, alle Lebewesen - nur von einem Lebenden!" Diese Mitte des 19. Jahrhunderts vertretene Position wurde zum Banner des Vitalismus. Das Paradoxeste an diesem Streit ist, dass Wissenschaftler auch heute noch keine experimentelle Bestätigung der Möglichkeit des Ursprungs haben, da sie um die "unbelebte" Natur der Atome und Moleküle wissen, aus denen unser Körper besteht, und die im Allgemeinen mit der mechanistischen Sichtweise übereinstimmen des zellulären Lebens aus unbelebter Materie. Noch ist es niemandem gelungen, selbst die primitivste Zelle aus „anorganischen“ „Details“ zu „komponieren“, die außerhalb lebender Organismen vorhanden sind. Der letzte Punkt in diesem epochalen Streit ist also noch nicht gesetzt.

Wie könnte also Leben auf der Erde entstanden sein? Wenn man die Positionen der Mechanisten teilt, ist es sicherlich am einfachsten, sich vorzustellen, dass das Leben zuerst in einer sehr einfachen, primitiv arrangierten Form entstehen musste. Aber trotz der Einfachheit der Struktur muss es immer noch Leben sein, das heißt, etwas, das ein Minimum an Eigenschaften hat, die Lebend von Nicht-Lebend unterscheiden.

Was sind sie, diese lebenswichtigen Eigenschaften? Was unterscheidet eigentlich das Lebende vom Nichtlebenden?

Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts waren Wissenschaftler davon überzeugt, dass alle Lebewesen aus Zellen aufgebaut sind, und dies ist der offensichtlichste Unterschied zu unbelebter Materie. Dies wurde vor der Entdeckung von Viren in Betracht gezogen, die, obwohl kleiner als alle bekannten Zellen, andere Organismen aktiv infizieren, sich in ihnen vermehren und Nachkommen mit denselben (oder sehr ähnlichen) biologischen Eigenschaften hervorbringen können. Das erste entdeckte Virus, das Tabakmosaikvirus, wurde 1892 vom russischen Wissenschaftler Dmitry Ivanovsky (1864-1920) beschrieben. Seitdem ist klar, dass auch Kreaturen, die primitiver als Zellen sind, das Recht beanspruchen können, Leben genannt zu werden.

Die Entdeckung von Viren und dann noch primitiverer Formen von Lebewesen – Viroiden – ermöglichte es schließlich, die Mindestmenge an Eigenschaften zu formulieren, die notwendig und ausreichend sind, damit das untersuchte Objekt als lebendig bezeichnet werden kann. Erstens muss es in der Lage sein, seine eigene Art zu reproduzieren. Dies ist jedoch nicht die einzige Bedingung. Wäre die hypothetische Ursubstanz des Lebens (zum Beispiel eine Urzelle oder ein Molekül) nur in der Lage, exakte Kopien von sich selbst herzustellen, wäre sie letztlich nicht in der Lage, bei den sich ändernden Umweltbedingungen auf der jungen Erde und der Entstehung anderer zu überleben , komplexere Formen (Evolution) würden unmöglich. Daher kann unsere vermeintlich primitive „Substanz des ersten Lebens“ als etwas definiert werden, das so einfach wie möglich aufgebaut ist, aber gleichzeitig in der Lage ist, seine Eigenschaften zu verändern und an Nachkommen weiterzugeben.