lOMoARcPSD|14819451
Hoofdstuk 5 – De diversiteit van het leven
Conceptuele stappen tijdens de abiogenese
1) de abiotische synthese van organische moleculen (aminozuren, nucleobasen)
2) spontane (niet-enzymatische) polymerisatie v. deze moleculen tot macromoleculen 3)
ontstaan van vesikels
4) verwerven van een zelf-replicerende capaciteit door deze macromoleculen ->
overerving ennatuurlijke selectie
5) verpakken van deze macromoleculen in protocellen (vesikel-achtige
membraanstructuren die interne chemie scheiden van de buitenwereld)
De hypothese van Oparin en Haldane + alternatieve scnenario’s voor abiogenese
Reducerende atmosfeer, de energie van bliksem en UV straling zijn genoeg voor een spontane
synthese van organische moleculen -> vroege oceanen = oersoep van organische moleculen
Recentere aanwijzingen tonen aan dat de atmosfeer niet reducerend was
Alternatieve hypotheses niet uitgaand van een reducerende atmosfeer:
- vulkanische omstandigheden
- in alkalische hydrothermale bronnen in de diepzee- via meteorieten
Miller-Urey experiment
Doel: het bewijzen dat abiotische synthese van organische moleculen (bv aminozuren)
mogelijk is in een Oparin-Haldane scenario
Resultaat: het bevestigde de hypothese
Ontstaan van protocellen
Mogelijks ontstaan uit eenvoudige vesikels gevuld met vloeistof en met een membraanachtige
structuur (in water kunnen lipiden en andere org. Moleculen spontaan vesikels vormen met
een lipide dubbellaag)
Labo-experimenten -> aanwezigheid van montmorilloniet (minerale klei in vulkanisch
sediment) versnelt de vorming van vesikels
Vesikels kunnen eigenschappen van cellullair leven vertonen:
- eenvoudige groei
- reproductie
- metabolisme
- onderhouden van interne omgeving die vss met de buitenwereld`
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
, lOMoARcPSD|14819451
RNA-wereld hypothese en de vroege evolutie van zelf-replicerend RNA
Één van de meest bestudeerde modellen voor abiogenese -> postuleert dat RNA de eerste
zelfreplicerende macromolecule was
Polymerisatie en replicatie -> oorspronkelijk spontaan geweest zijn tot ribozymen (enzymen
bestaande uit RNA) ontstonden
RNA polymeren -> spontaan vormen wanneer oplossing met nucleotiden op heet zand, klei of
pyriet (FeS2) wordt gedruppeld (ook voor polypeptiden)
Zowel abiotische substraten als de eerder gevormde polymeren kunnen als catalysatoren voor
verdere synthese hebben gediend.
Replicatiefouten (= mutaties) -> aanleding tot nieuwe structuren (snellere & accuratere
replicatie) -> RNA molecules met beste replicatie-capaciteiten laten meer gerepliceerde
dochtermoleculen na = NATUURLIJKE SELECTIE.
Zelf-replicerende ribozymen zijn reeds d.m.v. natuurlijke selectie gecreëerd kunnen worden in
laboratoriumexperimenten => Proof of concept.
Phylogenetic bracketing kan inzicht verschaffen in een voorouder als LUCA
Recente reconstructies obv phylogenetic bracketing identificeerde 355 genen die meerdere
bacteriën en Archaea delen en dus reeds in LUCA aanwezig moeten geweest zijn. De genen
waren betrokken in celmetabolisme, celbouw en genetische functies
-> LUCA was wss een autotrofe, anaërobe prokaryoot die leefde in een hydrothermisch
habitat
De variatie in grootte van prokaryoten
Meeste prokaryoten -> 1-10 µm
Extremen:
- bacteriën in de genera Mycoplasma en Ricksettsia -> 0,1 µm
- Thiomargarita magnifica -> cellen tot groter dan 1 cm (zichtbaar met blote oog)
De veel voorkomende morfologische vormen van prokaryoten
1) cocci = bolvormige cellen (solitair, in paren, in ketens of clusters voorkomen)
2) bacilli = staafvormige cellen (meestal solitair, soms ook in ketens)
3) spirilli = spiraalvormige cellen (ook soms kommavormig of draadvormig)
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
, lOMoARcPSD|14819451
De celwanden van archaea en bacteriën
Bacteriële celwanden -> peptidoglycaan (aka mureïne) = netwerk van polysacchariden
opgebouwd uit aminosuikers (NAG en NAM en gecrosslinkt met korte polypeptiden =
oligopeptiden)
Celwanden van Archaea -> vss polysacchariden en (glyco)proteïnen die een S-laag vormen
maar geen peptidoglycaan (sommige Archaea hebben celwand met psuedo-peptidoglycaan)
Het verschil tussen gram-positieve en gram-negatieve bacteriën
Gramkleuring = klassering van bacteriën obv algemene celwandopbouw -
> snelle identificatiemethode bij mogelijke infecties
Penicilline en vancomycine inhiberen crosslink-vorming in peptidoglycaan -
> menselijke cellen zijn bestand tegen deze antibiotica
Gram-positieve bacteriën = eenvoudige celwand met dikke laag peptidoglycaan
-> paarse kleurstof bewaard in celwand na spoeling met ethanol (paars onder microscoop)
Gram-negatieve bacteriën = dunnere laag peptidoglycaan tussen 2 plasmamembranen
(buitenste bedekt met lipopolysacchariden) ->
rode kleur (safranine) dring cel binnen
Ruimte tussen 2 plasmamembranen = periplasma
Gram-positieve bacteriën vormen monofyletische groep = clade
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
, lOMoARcPSD|14819451
Overlevingskansen van bacteriën bij extreme droogtes
Celwand van prokaryoten -> kleverige laag polysacchariden of proteïnen die vasthechting aan
substraten ( of elkaar) bevordert = capsule of slijmlaag
Water en/of nutriënten uitgeput -> veel bacteriën kunnen metabolisch inactieve endospore
vormen (chromosoom gekopieerd en 1 vd 2 dochterchromosomen ingekapseld in meerlagige
structuur van membranen en proteïnen + rest vd cel breekt af -> endospore komt vrij)
Endosporen -> extreme omstandigheden overleven + eeuwenlang vatbaar blijven
Verschil in DNA-organisatie tussen prokaryoten en eukaryoten
Prokaryoten hebben:
- minder DNA (+ kleinere genen#) dan eukaryoten -> minder eiwitten
- één (of enkele) circulaire chromosomen ipv meerdere lineaire
- meerdere kleinere circulaire DNA moleculen = plasmiden
- geen nucleus -> chromosoom lig in de nucleoïde (membraanloze regio)
Prokaryoten hebben een hoog adaptatievermogen
1) snelle reproductie
Ééncellig en klein + binaire deling (simpel en snel) + korte generatietijd -> kunnen dus
gigantische populatiegroottes bereiken
2) hoge mutatiesnelheid
Op korte generatietijd kunnen opeenvolgende mutaties snel accumuleren + in grote populaties
-> veel mutaties in parallel gebeuren
3) genetische recombinatie (zonder meiose of fertilisatie)
- transformatie
- transductie- conjugatie
Wanneer recombinatie gebeurt tussen individuen van vss soorten = horizontale gentransfer
Grote genetische diversiteit in prokaryotische populaties -> snelle adaptatie door natuurlijke
selectie
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
Hoofdstuk 5 – De diversiteit van het leven
Conceptuele stappen tijdens de abiogenese
1) de abiotische synthese van organische moleculen (aminozuren, nucleobasen)
2) spontane (niet-enzymatische) polymerisatie v. deze moleculen tot macromoleculen 3)
ontstaan van vesikels
4) verwerven van een zelf-replicerende capaciteit door deze macromoleculen ->
overerving ennatuurlijke selectie
5) verpakken van deze macromoleculen in protocellen (vesikel-achtige
membraanstructuren die interne chemie scheiden van de buitenwereld)
De hypothese van Oparin en Haldane + alternatieve scnenario’s voor abiogenese
Reducerende atmosfeer, de energie van bliksem en UV straling zijn genoeg voor een spontane
synthese van organische moleculen -> vroege oceanen = oersoep van organische moleculen
Recentere aanwijzingen tonen aan dat de atmosfeer niet reducerend was
Alternatieve hypotheses niet uitgaand van een reducerende atmosfeer:
- vulkanische omstandigheden
- in alkalische hydrothermale bronnen in de diepzee- via meteorieten
Miller-Urey experiment
Doel: het bewijzen dat abiotische synthese van organische moleculen (bv aminozuren)
mogelijk is in een Oparin-Haldane scenario
Resultaat: het bevestigde de hypothese
Ontstaan van protocellen
Mogelijks ontstaan uit eenvoudige vesikels gevuld met vloeistof en met een membraanachtige
structuur (in water kunnen lipiden en andere org. Moleculen spontaan vesikels vormen met
een lipide dubbellaag)
Labo-experimenten -> aanwezigheid van montmorilloniet (minerale klei in vulkanisch
sediment) versnelt de vorming van vesikels
Vesikels kunnen eigenschappen van cellullair leven vertonen:
- eenvoudige groei
- reproductie
- metabolisme
- onderhouden van interne omgeving die vss met de buitenwereld`
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
, lOMoARcPSD|14819451
RNA-wereld hypothese en de vroege evolutie van zelf-replicerend RNA
Één van de meest bestudeerde modellen voor abiogenese -> postuleert dat RNA de eerste
zelfreplicerende macromolecule was
Polymerisatie en replicatie -> oorspronkelijk spontaan geweest zijn tot ribozymen (enzymen
bestaande uit RNA) ontstonden
RNA polymeren -> spontaan vormen wanneer oplossing met nucleotiden op heet zand, klei of
pyriet (FeS2) wordt gedruppeld (ook voor polypeptiden)
Zowel abiotische substraten als de eerder gevormde polymeren kunnen als catalysatoren voor
verdere synthese hebben gediend.
Replicatiefouten (= mutaties) -> aanleding tot nieuwe structuren (snellere & accuratere
replicatie) -> RNA molecules met beste replicatie-capaciteiten laten meer gerepliceerde
dochtermoleculen na = NATUURLIJKE SELECTIE.
Zelf-replicerende ribozymen zijn reeds d.m.v. natuurlijke selectie gecreëerd kunnen worden in
laboratoriumexperimenten => Proof of concept.
Phylogenetic bracketing kan inzicht verschaffen in een voorouder als LUCA
Recente reconstructies obv phylogenetic bracketing identificeerde 355 genen die meerdere
bacteriën en Archaea delen en dus reeds in LUCA aanwezig moeten geweest zijn. De genen
waren betrokken in celmetabolisme, celbouw en genetische functies
-> LUCA was wss een autotrofe, anaërobe prokaryoot die leefde in een hydrothermisch
habitat
De variatie in grootte van prokaryoten
Meeste prokaryoten -> 1-10 µm
Extremen:
- bacteriën in de genera Mycoplasma en Ricksettsia -> 0,1 µm
- Thiomargarita magnifica -> cellen tot groter dan 1 cm (zichtbaar met blote oog)
De veel voorkomende morfologische vormen van prokaryoten
1) cocci = bolvormige cellen (solitair, in paren, in ketens of clusters voorkomen)
2) bacilli = staafvormige cellen (meestal solitair, soms ook in ketens)
3) spirilli = spiraalvormige cellen (ook soms kommavormig of draadvormig)
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
, lOMoARcPSD|14819451
De celwanden van archaea en bacteriën
Bacteriële celwanden -> peptidoglycaan (aka mureïne) = netwerk van polysacchariden
opgebouwd uit aminosuikers (NAG en NAM en gecrosslinkt met korte polypeptiden =
oligopeptiden)
Celwanden van Archaea -> vss polysacchariden en (glyco)proteïnen die een S-laag vormen
maar geen peptidoglycaan (sommige Archaea hebben celwand met psuedo-peptidoglycaan)
Het verschil tussen gram-positieve en gram-negatieve bacteriën
Gramkleuring = klassering van bacteriën obv algemene celwandopbouw -
> snelle identificatiemethode bij mogelijke infecties
Penicilline en vancomycine inhiberen crosslink-vorming in peptidoglycaan -
> menselijke cellen zijn bestand tegen deze antibiotica
Gram-positieve bacteriën = eenvoudige celwand met dikke laag peptidoglycaan
-> paarse kleurstof bewaard in celwand na spoeling met ethanol (paars onder microscoop)
Gram-negatieve bacteriën = dunnere laag peptidoglycaan tussen 2 plasmamembranen
(buitenste bedekt met lipopolysacchariden) ->
rode kleur (safranine) dring cel binnen
Ruimte tussen 2 plasmamembranen = periplasma
Gram-positieve bacteriën vormen monofyletische groep = clade
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
, lOMoARcPSD|14819451
Overlevingskansen van bacteriën bij extreme droogtes
Celwand van prokaryoten -> kleverige laag polysacchariden of proteïnen die vasthechting aan
substraten ( of elkaar) bevordert = capsule of slijmlaag
Water en/of nutriënten uitgeput -> veel bacteriën kunnen metabolisch inactieve endospore
vormen (chromosoom gekopieerd en 1 vd 2 dochterchromosomen ingekapseld in meerlagige
structuur van membranen en proteïnen + rest vd cel breekt af -> endospore komt vrij)
Endosporen -> extreme omstandigheden overleven + eeuwenlang vatbaar blijven
Verschil in DNA-organisatie tussen prokaryoten en eukaryoten
Prokaryoten hebben:
- minder DNA (+ kleinere genen#) dan eukaryoten -> minder eiwitten
- één (of enkele) circulaire chromosomen ipv meerdere lineaire
- meerdere kleinere circulaire DNA moleculen = plasmiden
- geen nucleus -> chromosoom lig in de nucleoïde (membraanloze regio)
Prokaryoten hebben een hoog adaptatievermogen
1) snelle reproductie
Ééncellig en klein + binaire deling (simpel en snel) + korte generatietijd -> kunnen dus
gigantische populatiegroottes bereiken
2) hoge mutatiesnelheid
Op korte generatietijd kunnen opeenvolgende mutaties snel accumuleren + in grote populaties
-> veel mutaties in parallel gebeuren
3) genetische recombinatie (zonder meiose of fertilisatie)
- transformatie
- transductie- conjugatie
Wanneer recombinatie gebeurt tussen individuen van vss soorten = horizontale gentransfer
Grote genetische diversiteit in prokaryotische populaties -> snelle adaptatie door natuurlijke
selectie
Module 5 – leerdoelen Fie Thijs
