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