Miller-Ureyev eksperiment

Izvor: Hrvatska internetska enciklopedija
Skoči na:orijentacija, traži
Stanley Miller

Miller-Ureyev eksperiment[1] (ili Urey-Millerov eksperiment)[2] bio je eksperiment koji je simulirao hipotetičke uvjete za koje se smatralo da su postojali na Zemlji u prvim fazama nastanka i provjeravali su mogućnost kemijskih početaka života. Ovaj eksperiment dokazao je hipotezu Aleksandra Oparina i J. B. S. Haldanea da su uvjeti na ranoj Zemlji omogućavali kemijske reakcije koje su sintetizirale organske spojeve od anorganskih. Ovaj su eksperiment 1952. godine izveli Stanley Miller i Harold Urey sa Sveučilišta u Chicagu,[3] a njegove rezultate objavili su 1953. godine.[4][5][6]

Eksperiment

Skica eksperimenta

U svom su eksperimentu Miller i Urey koristili vodu (H2O), metan (CH4), amonijak (NH3) i vodik (H2) u zatvorenom i steriliziranom sklopu, koji se sastojao od dvije zatvorene staklene posude povezane sustavom staklenih cijevi. U prvoj se posudi nalazila tekuća voda koja je grijanjem služila kao izvor vodene pare, dok se u drugoj nalazila navedena smjesa plinova i dvije elektrode. Električni luk stvoren od elektroda je simulirao munje u prvobitnoj atmosferi. Smjesa se potom hladila i voda se ponovo kondenzirala u prvoj posudi kako bi ponovo započela ciklus.

Nakon tjedan dana neprekidnog protoka vodene pare i plinova u nepromijenjenim uvjetima, Miller i Urey primijetili su da je 15%-20% ugljika iz metana formiralo organske spojeve, među njima i pojedine aminokiseline, osnovne sastavne dijelove bjelančevina. (vidi tablicu niže)

Ipak, mora se naglasiti, da su stvorene aminokiseline bile L ("lijevi") i D ("desni") optički izomeri u jednakim količinama. Takva distribucija nije karakteristična za makromolekule u živim bićima kakve danas poznajemo. Bjelančevine su u svim živim bićima danas sastavljene samo od L-aminokiselina. Sama proizvodnja oba optička izomera dala je sigurnost znanstvenicima da su spojevi posljedica same kemijske reakcije, a ne proizvod kontaminacije vanjskih živih organizama.[4]

Rezultati

Od 59.000 mikromola (µmol = 1/1.000.000 mola) CH4 koji su ušli u reakciju, dobiveno je: [7]

Molekula Kemijska formula  Proizvedeno 
(N° µmol) 		Atomi
C 		 Atomi C 
u µmol
Mravlja kiselina  [math]\displaystyle{ H-COOH }[/math]
2330
1
2330
Glicin *  [math]\displaystyle{ H_2N-CH_2-COOH }[/math]
630
2
1260
Glikolna kiselina  [math]\displaystyle{ HO-CH_2-COOH }[/math]
560
2
1120
Alanin *  [math]\displaystyle{ H_3C-CH(NH_2)-COOH }[/math]
340
3
1020
Mliječna kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-CH(OH)-COOH }[/math]
310
3
930
ß-Alanin  [math]\displaystyle{ H_2N-CH_2-CH_2-COOH }[/math]
150
3
450
Octena kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-COOH }[/math]
150
2
300
Propionska kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-CH_2-COOH }[/math]
130
3
390
Iminodioctena kiselina  [math]\displaystyle{ HOOC-CH_2-NH-CH_2-COOH }[/math]
55
4
220
Diaminooctena kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-NH-CH_2-COOH }[/math]
50
3
150
a-amino-n-maslačna kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-CH_2-CH(NH_2)-COOH }[/math]
50
4
200
a-hidroksi-n-maslačna kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-CH_2-CH(OH)-COOH }[/math]
50
4
200
Sukcinska kiselina (jantarna)  [math]\displaystyle{ HOOC-CH_2-CH_2-COOH }[/math]
40
4
160
Urea  [math]\displaystyle{ H_2N-CO-NH_2 }[/math]
20
1
20
N-Metilurea  [math]\displaystyle{ H_2N-CO-NH-CH_3 }[/math]
15
2
30
N-Metilalanin  [math]\displaystyle{ H_3C-CH(NH-CH_3)-COOH }[/math]
10
4
40
Glutaminska kiselina *  [math]\displaystyle{ HOOC-CH_2-CH_2-CH(NH_2)-COOH }[/math] 
6
5
30
Asparaginska kiselina *  [math]\displaystyle{ HOOC-CH_2-CH(NH_2)-COOH }[/math]
4
4
16
a-aminoizomaslačna kiselina  [math]\displaystyle{ H_3C-C(CH_3)(NH_2)-COOH }[/math]
1
4
4
 
Ukupno: 4916
 
Ukupno: 8944
* = aminokiseline koje ulaze u sastav bjelančevina

Miller je tim eksperimentom dokazao da električna pražnjenja koja simuliraju ona atmosferska, u prisutnosti vode i plinova za koje se pretpostavljalo da su bili prisutni u prvobitoj atmosferi mogu proizvesti organske molekule, među njima i aminokiseline.

Neki su dokazi nagovijestili da je Zemljina prvobitna atmosfera mogla imati drugačiji sastav plinova od onih korištenih u Miller-Ureyevom eksperimentu. Postoje dokazi o velikim vulkanskim erupcijama prije četiri milijarde godina, koje bi mogle ispustiti ugljikov(IV) oksid, dušik, sumporovodik (H2S) i sumporov dioksid (SO2) u atmosferu. Miller je ponovio svoj eksperiment 1958. godine, ovaj put u izmjenjenim uvjetima dodavši sumporovodik (H2S), plin koji se oslobađa kod vulkanskih reakcija.[5]

Poslije Milerove smrti 2007. godine, Jeffrey Bada i suradnici koji su pronašli i ispitali konzervirane uzorke eksperimenta iz 1958. godine uspjeli su dokazati da su nastale 23 različite aminokiseline u odnosu na Millerov prvobitni eksperiment. Ovo je značajno više nego što je Miller prvobitno objavio i više od 20 koji se javljaju u živim bićima. U ponovljenom eksperimentu je dokazana i sinteza 7 organskih spojeva koji sadrže sumpor (S), među kojima je i metionin, koji ulazi u sastav bjelančevina.[8]

Tijek kemijskih reakcija

Tijekom trajanja kemijske reakcije, Miller je sakupljao uzorke i otkrio da se koncentracija amonijaka i metana postupno smanjuje i da dolazi do nastanka cijanovodične kiseline, cijanogena i formaldehida:

[math]\displaystyle{ \mathrm{CO_2 \longrightarrow CO+[O]} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathrm{CH_4+2[O] \longrightarrow CH_2O+H_2O} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathrm{CO+NH_3\longrightarrow HCN+H_2O} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathrm{CH_4+NH_3\longrightarrow HCN+3H_2} }[/math] (Proces BMA)

Do sinteze aminokiselina dolazilo je kasnije uz postupno smanjivanje koncentracije aldehida i cijanovodične kiseline. Time je dokazano da su aminokiseline nastale kemijskom reakcijom poznatom kao Streckerova sinteza.

[math]\displaystyle{ \mathrm{R{-}CHO + HCN + H_2O \longrightarrow H_2N{-}CHR{-}COOH} }[/math]
Aldehid, cijanovodična kiselina i voda reagiraju i nastaje aminokiselina.
[math]\displaystyle{ \mathrm{R{-}CHO + HCN + 2 \ H_2O \longrightarrow HO{-}CHR{-}COOH + NH_3} }[/math]
Aldehid, cijanovodična kiselina i voda reagiraju i nastaje a-hidroksi-aminokiselina.

Izvori

  1. ↑ Hill HG, Nuth JA (2003.). "The catalytic potential of cosmic dust: implications for prebiotic chemistry in the solar nebula and other protoplanetary systems". Astrobiology svezak 3 (broj 2): str. 291.–304.. doi:10.1089/153110703769016389. PMID 14577878 
  2. ↑ Balm SP, Hare J.P., Kroto HW (1991.). "The analysis of comet mass spectrometric data". Space Science Reviews svezak 56: str. 185.–189.. Bibcode 1991SSRv...56..185B. doi:10.1007/BF00178408 
  3. ↑ Bada, Jeffrey L. (2000.). "Stanley Miller's 70th Birthday" (PDF). Origins of Life and Evolution of the Biosphere (Netherlands: izdavač Kluwer Academic Publishers) svezak 30: str. 107.–112.. doi:10.1023/A:1006746205180. http://www.issol.org/miller/70thB-Day.pdf 
  4. ↑ 4,0 4,1 Miller, Stanley L. (svibanj 1953.). "Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions" (PDF). Science svezak 117 (3046): str. 528. doi:10.1126/science.117.3046.528. PMID 13056598. http://www.abenteuer-universum.de/pdf/miller_1953.pdf 
  5. ↑ 5,0 5,1 Miller, Stanley L.; Harold C. Urey (srpanj 1959.). "Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth". Science svezak 130 (3370): str. 245.. doi:10.1126/science.130.3370.245. PMID 13668555  Miller states that he made "A more complete analysis of the products" in the 1953 experiment, listing additional results.
  6. ↑ A. Lazcano, J. L. Bada (lipanj 2004.). "The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry". Origins of Life and Evolution of Biospheres svezak 33 (3): str. 235.–242.. doi:10.1023/A:1024807125069. PMID 14515862 
  7. ↑ Richard E. Dickerson: Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979.,svezak 9, str. 193.
  8. ↑ Parker ET, Bada JL (21. ožujka 2011.). "Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment". PNAS,. doi:10.1073/pnas.1019191108 

Vanjske poveznice

Dobavljeno iz "https://enciklopedija.cc/index.php?title=Miller-Ureyev_eksperiment&oldid=172592"