Miller-Ureyev eksperiment

Izvor: Wikipedija
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[uredi VE | uredi]

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% 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[uredi VE | uredi]

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  H-COOH
2330
1
2330
Glicin *  H_2N-CH_2-COOH
630
2
1260
Glikolna kiselina  HO-CH_2-COOH
560
2
1120
Alanin *  H_3C-CH(NH_2)-COOH
340
3
1020
Mliječna kiselina  H_3C-CH(OH)-COOH
310
3
930
ß-Alanin  H_2N-CH_2-CH_2-COOH
150
3
450
Octena kiselina  H_3C-COOH
150
2
300
Propionska kiselina  H_3C-CH_2-COOH
130
3
390
Iminodioctena kiselina  HOOC-CH_2-NH-CH_2-COOH
55
4
220
Diaminooctena kiselina  H_3C-NH-CH_2-COOH
50
3
150
a-amino-n-maslačna kiselina  H_3C-CH_2-CH(NH_2)-COOH
50
4
200
a-hidroksi-n-maslačna kiselina  H_3C-CH_2-CH(OH)-COOH
50
4
200
Sukcinska kiselina (jantarna)  HOOC-CH_2-CH_2-COOH
40
4
160
Urea  H_2N-CO-NH_2
20
1
20
N-Metilurea  H_2N-CO-NH-CH_3
15
2
30
N-Metilalanin  H_3C-CH(NH-CH_3)-COOH
10
4
40
Glutaminska kiselina *  HOOC-CH_2-CH_2-CH(NH_2)-COOH 
6
5
30
Asparaginska kiselina *  HOOC-CH_2-CH(NH_2)-COOH
4
4
16
a-aminoizomaslačna kiselina  H_3C-C(CH_3)(NH_2)-COOH
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[uredi VE | uredi]

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:

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

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.

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

Izvori[uredi VE | uredi]

  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..
  2. Balm SP, Hare J.P., Kroto HW (1991.). "The analysis of comet mass spectrometric data". Space Science Reviews svezak 56: str. 185.–189..
  3. (2000.). "Stanley Miller's 70th Birthday". Origins of Life and Evolution of the Biosphere svezak 30: str. 107.–112..
  4. 4,0 4,1 Miller, Stanley L. (svibanj 1953.). "Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions". Science svezak 117 (3046): str. 528.
  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.. 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..
  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,.

Vanjske poveznice[uredi VE | uredi]