معلومة

2.3 ب: الهيدروكربونات - علم الأحياء

2.3 ب: الهيدروكربونات - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الهيدروكربونات هي جزيئات مهمة يمكن أن تشكل سلاسل وحلقات بسبب أنماط الترابط لذرات الكربون.

أهداف التعلم

  • ناقش دور الهيدروكربونات في الجزيئات الحيوية

النقاط الرئيسية

  • الهيدروكربونات هي جزيئات تحتوي فقط على الكربون والهيدروجين.
  • نظرًا لأنماط الترابط الفريدة للكربون ، يمكن أن تحتوي الهيدروكربونات على روابط مفردة أو مزدوجة أو ثلاثية بين ذرات الكربون.
  • تنتهي أسماء الهيدروكربونات ذات الروابط المفردة بـ "-ane" ، وتنتهي أسماء الهيدروكربونات ذات الروابط المزدوجة بـ "-ene" ، وتنتهي الأسماء ذات الروابط الثلاثية بـ "-yne".
  • يسمح ترابط الهيدروكربونات لها بتكوين حلقات أو سلاسل.

الشروط الاساسية

  • الرابطة التساهمية: نوع من الروابط الكيميائية حيث ترتبط ذرتان ببعضهما عن طريق مشاركة إلكترونين أو أكثر.
  • أليفاتية: من فئة المركبات العضوية التي يتم فيها ترتيب ذرات الكربون في سلسلة مفتوحة.
  • عطري: وجود حلقة مغلقة من روابط مفردة ومزدوجة بديلة مع إلكترونات غير متمركزة.

الهيدروكربونات

الهيدروكربونات عبارة عن جزيئات عضوية تتكون بالكامل من الكربون والهيدروجين ، مثل الميثان (CH4). غالبًا ما تستخدم الهيدروكربونات كوقود: البروبان في موقد الغاز أو البيوتان في الولاعة. تخزن الروابط التساهمية العديدة بين الذرات في الهيدروكربونات كمية كبيرة من الطاقة ، والتي يتم إطلاقها عندما يتم حرق هذه الجزيئات (مؤكسدة). الميثان ، وقود ممتاز ، هو أبسط جزيء هيدروكربوني ، مع ذرة كربون مركزية مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين مختلفة. يتم تحديد هندسة جزيء الميثان ، حيث توجد الذرات في ثلاثة أبعاد ، من خلال شكل مداراتها الإلكترونية. يشكل الكربون وذرات الهيدروجين الأربع شكلاً يعرف باسم رباعي السطوح ، بأربعة أوجه مثلثة ؛ لهذا السبب ، يوصف الميثان بأن له هندسة رباعية السطوح.

باعتبارها العمود الفقري للجزيئات الكبيرة للكائنات الحية ، قد توجد الهيدروكربونات كسلاسل كربون خطية أو حلقات كربون أو مجموعات من الاثنين معًا. علاوة على ذلك ، قد تكون الروابط الفردية من الكربون إلى الكربون عبارة عن روابط تساهمية مفردة أو مزدوجة أو ثلاثية ؛ يؤثر كل نوع من أنواع الروابط على هندسة الجزيء بطريقة معينة. هذا الشكل ثلاثي الأبعاد أو التشكل لجزيئات الحياة الكبيرة (الجزيئات الكبيرة) أمر بالغ الأهمية لكيفية عملها.

سلاسل الهيدروكربون

تتكون سلاسل الهيدروكربون من روابط متتالية بين ذرات الكربون وقد تكون متفرعة أو غير متفرعة. يتم تغيير الهندسة الكلية للجزيء من خلال الأشكال الهندسية المختلفة للروابط التساهمية المفردة والمزدوجة والثلاثية. تعمل الهيدروكربونات الإيثان والإيثين والإيثين كأمثلة على كيفية تأثير روابط الكربون إلى الكربون المختلفة على هندسة الجزيء. تبدأ أسماء الجزيئات الثلاثة بالبادئة "eth-" ، وهي البادئة لاثنين من الهيدروكربونات الكربونية. تشير اللواحق "-ane" و "-ene" و "-yne" إلى وجود روابط كربون-كربون مفردة أو مزدوجة أو ثلاثية ، على التوالي. وهكذا ، يتبع البروبان والبروبين والبروبين نفس النمط مع ثلاثة جزيئات كربون ، البيوتان ، والبيوتين ، والبيوتين لأربعة جزيئات كربون ، وهكذا. تعمل الروابط المزدوجة والثلاثية على تغيير هندسة الجزيء: تسمح الروابط المفردة بالدوران على طول محور الرابطة ، بينما تؤدي الروابط المزدوجة إلى تكوين مستوٍ وروابط ثلاثية إلى واحدة خطية. هذه الأشكال الهندسية لها تأثير كبير على الشكل الذي يمكن أن يتخذه جزيء معين.

حلقات الهيدروكربون

كانت الهيدروكربونات التي تمت مناقشتها حتى الآن عبارة عن هيدروكربونات أليفاتية ، والتي تتكون من سلاسل خطية من ذرات الكربون. نوع آخر من الهيدروكربونات ، الهيدروكربونات العطرية ، يتكون من حلقات مغلقة من ذرات الكربون. توجد الهياكل الحلقية في الهيدروكربونات ، وأحيانًا مع وجود روابط مزدوجة ، والتي يمكن رؤيتها من خلال مقارنة بنية الهكسان الحلقي بالبنزين. تتواجد حلقة البنزين في العديد من الجزيئات البيولوجية بما في ذلك بعض الأحماض الأمينية ومعظم الستيرويدات ، والتي تشمل الكوليسترول وهرمونات الإستروجين والتستوستيرون. تم العثور على حلقة البنزين أيضًا في مبيد الأعشاب 2،4-D. البنزين هو مكون طبيعي من النفط الخام وقد تم تصنيفه على أنه مادة مسرطنة. تحتوي بعض الهيدروكربونات على أجزاء أليفاتية وعطرية ؛ بيتا كاروتين مثال على مثل هذا الهيدروكربون.


2.3: التصنيف حسب المجموعات الوظيفية

  • بمساهمة من جون د.روبرتس ومارجوري سي كاسيريو
  • أساتذة (كيمياء) في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

هناك عدد من الأنواع المتكررة للسمات الهيكلية في المركبات العضوية التي تُعرف عادةً باسم المجموعات الوظيفية. في الواقع ، يتضمن النهج التقليدي لموضوع الكيمياء العضوية تصنيف المركبات وفقًا لمجموعاتها الوظيفية. وبالتالي فإن السمات الهيكلية (C = C ) ، (C equiv C ) ، (C = O ) ، (OH ) ، (NH_2 ) ، (C equiv N ) هي المجموعات الوظيفية للألكينات ، والألكينات ، ومركبات الكربونيل ، والكحولات ، والأمينات ، والنتريل ، على التوالي. سيكون من المفيد إلقاء نظرة على السمات الهيكلية لبعض الأنواع الرئيسية للمركبات العضوية على الرغم من أن تفاصيل كيمياءها لن تتم مناقشتها حتى فصول لاحقة. يتم إعطاء أمثلة على الهياكل المرتبة وفقًا لمجموعاتها الوظيفية في الجدول 2-2. الأمثلة المختارة تمثل مركبات تحتوي على الكربون والهيدروجين (الهيدروكربونات) وكذلك المركبات التي تحتوي على الهالوجينات والأكسجين والنيتروجين والكبريت. لا نتوقع منك حفظ هذا الجدول. في الوقت المناسب سوف تتعرف على جميع أنواع الهياكل الموجودة فيه.

في الجدول 2-2 استخدمنا بشكل عام أسماء منهجية كأسماء الاختيار الأول لأن هذه الأسماء تؤكد على العلاقات بين المركبات وتخفيف العبء على الطالب المبتدئ في الاضطرار إلى تذكر العديد من الأسماء الخاصة. لدينا القليل من الأمل في أن الأسماء المنهجية مثل الميثانال و 2-بروبانون وحمض الإيثانويك ستحل قريبًا محل الأسماء غير المنهجية الشائعة الاستخدام فورمالديهايد وأسيتون وحمض الخليك. ولكن ليس هناك شك في أن كل كيميائي عضوي يعرف ما هي المركبات التي تمثلها الأسماء ميثانال ، 2-بروبانون ، وحمض الإيثانويك ، لذلك يمكن للمبتدئين التواصل مع هذه الأسماء والتعرف فيما بعد على الأسماء الخاصة واستخدامها. سيكون لدينا المزيد لنقوله حول هذا الموضوع في الفصل 3.


الملخص

التكثيف المحفز بحمض بنزو [F] ديالديهايد indane مع ثلاثي ، متبوعًا بخطوة أكسدة ، أعطى المثال الأول للنافثو [2،3-ب] -21-كارببورفيرين. هذا النظام البورفيرينويدات الممتد π عطري بقوة ويعطي طيف UV-vis يشبه البورفيرين مع نطاق Soret عند 432 نانومتر. أعطت البروتونات مع TFA تحديدًا أحاديًا ، ولكن في ظل ظروف شديدة الحموضة ، تم إنشاء دهان C- البروتونات. نتج عن تفاعل النافثوبورفيرين مع كلوريد الحديديك مشتق 21 كلورو. أعطت الألكلة مع يوديد الميثيل وكربونات البوتاسيوم مشتقًا 22 ميثيلًا ، وتفاعل هذا مع أسيتات البلاديوم (II) لتوفير مركب البلاديوم (II) حيث انتقلت مجموعة الميثيل الداخلية من نيتروجين إلى ذرة كربون. نتج عن معالجة naphthocarbaporphyrin مع أسيتات الفضة (I) مجمع الفضة (III) المقابل. في النافثو [2،3-ب] -21-carbaporphyrin والعديد من مشتقاته ، يبدو أن مسارات الاقتران العطري تتجاوز وحدة النفثالين ، ولهذا السبب تأثرت أطياف UV-vis قليلاً. ومع ذلك ، فإن diprotonated dipication ومركب البلاديوم (II) لهما مسارات عطرية تمر عبر جزء النفثالين ، وهذا يؤدي إلى تحولات كبيرة في لون الحمام لهذه الأنواع. تقدم النتائج نظرة ثاقبة حول تأثير الوحدات العطرية المنصهرة على التفاعلية ، والخصائص الطيفية ، والخصائص العطرية لأنظمة الكربابورفيرينويد.


2. التصميم التناظري

ركزنا أولاً على التعديلات حول الحلقة A من amlexanox وصممنا مجموعة من نظائرها تحمل تعديلات متحفظة في الموضع C-7 جنبًا إلى جنب مع مجموعة صغيرة من مشتقات C-6 و C-8 التي قد تثبت حلقة ربط الفوسفات (P- حلقة) أو تتفاعل مع مفصل كيناز ، على التوالي. بعد ذلك ، تم فحص سلسلة كبيرة من التعديلات الدورية في الموضع C-7 نظرًا لإمكانية الوصول الاصطناعية إليها وبالنظر إلى البيانات البلورية التي تظهر مساحة لاستيعاب التعديلات الأكبر حجمًا. أخيرًا ، تم دمج مشتقات bioisostere المُبلغ عنها سابقًا لحمض الكربوكسيل C-3 [11] مع تعديلات C-7 لتقييم تأثير التعديل المزدوج للحمض الدوائي.


محتويات

نظرة عامة على الأنواع الافتراضية للكيمياء الحيوية
نوع أساس ملخص ملاحظات
الجزيئات الحيوية البديلة - chirality الكيمياء الحيوية البديلة الكيمياء الحيوية لصورة المرآة ربما تكون الكيمياء الحيوية البديلة الأقل غرابة هي تلك التي تحتوي على تباين مختلف في جزيئاتها الحيوية. في الحياة المعروفة على الأرض ، تكون الأحماض الأمينية تقريبًا من الشكل L والسكريات من الشكل D. الجزيئات التي تستخدم الأحماض الأمينية D أو السكريات L ممكنة ، على الرغم من أنها قد تكون غير متوافقة مع الكائنات الحية التي تستخدم جزيئات chirality المتعارضة.
الكيمياء الحيوية للأمونيا المذيبات غير المائية الحياة القائمة على الأمونيا الأمونيا وفيرة نسبيًا في الكون ولها أوجه تشابه كيميائية مع الماء. تعود فكرة الدور المحتمل للأمونيا السائلة كمذيب بديل للحياة إلى عام 1954 على الأقل ، عندما أثار ج.ب.س هالدين الموضوع في ندوة حول أصل الحياة.
الكيمياء الحيوية للزرنيخ الكيمياء الحيوية البديلة الحياة على أساس الزرنيخ الزرنيخ ، وهو مشابه كيميائيًا للفوسفور ، في حين أنه سام لمعظم أشكال الحياة على الأرض ، تم دمجه في الكيمياء الحيوية لبعض الكائنات الحية.
الكيمياء الحيوية البوران (كيمياء البورون العضوية) الكيمياء الحيوية البديلة الحياة القائمة على البوران البورانيس ​​متفجرة بشكل خطير في الغلاف الجوي للأرض ، لكنها ستكون أكثر استقرارًا في بيئة مختزلة. ومع ذلك ، فإن البورون نادر للغاية في الكون مقارنة بجيرانه من الكربون والنيتروجين والأكسجين. من ناحية أخرى ، تشترك الهياكل التي تحتوي على ذرات البورون والنيتروجين المتناوبة في بعض الخصائص مع الهيدروكربونات.
الكيمياء الحيوية القائمة على الغبار والبلازما الحياة غير الكوكبية حياة مصفوفة غريبة في عام 2007 ، اقترح فاديم إن. تسيتوفيتش وزملاؤه أن السلوكيات الواقعية يمكن أن تظهر بواسطة جزيئات الغبار العالقة في البلازما ، في ظل ظروف قد توجد في الفضاء.
المتطرفون بيئة بديلة الحياة في بيئات متغيرة سيكون من الممكن كيميائيًا حيويًا الحفاظ على الحياة في البيئات التي تتوافق بشكل دوري فقط مع الحياة كما نعرفها.
الكيمياء الحيوية الحمضية غير المتجانسة الكيمياء الحيوية البديلة الحياة القائمة على حمض التباين يمكن أن تشكل المعادن المختلفة هياكل معقدة مع الأكسجين ، مثل الأحماض غير المتجانسة.
الكيمياء الحيوية لفلوريد الهيدروجين المذيبات غير المائية الحياة القائمة على فلوريد الهيدروجين يعتبر فلوريد الهيدروجين مذيبًا محتملاً للحياة من قبل علماء مثل بيتر سنث.
الكيمياء الحيوية كبريتيد الهيدروجين المذيبات غير المائية الحياة القائمة على كبريتيد الهيدروجين كبريتيد الهيدروجين هو نظير كيميائي للماء ، ولكنه أقل قطبية وأضعف مذيب غير عضوي.
الكيمياء الحيوية للميثان (Azotosome) المذيبات غير المائية الحياة القائمة على الميثان الميثان (CH4) بكثرة نسبيًا في النظام الشمسي والكون ، ومن المعروف أنها موجودة في شكل سائل على تيتان ، أكبر قمر لكوكب زحل.
أجهزة التمثيل الضوئي غير الخضراء تكهنات أخرى الحياة النباتية البديلة لاحظ الفيزيائيون أنه على الرغم من أن التمثيل الضوئي على الأرض يشتمل عمومًا على النباتات الخضراء ، إلا أن مجموعة متنوعة من النباتات الملونة الأخرى يمكن أن تدعم أيضًا عملية التمثيل الضوئي ، الضرورية لمعظم الحياة على الأرض ، وأن الألوان الأخرى قد تكون مفضلة في الأماكن التي تتلقى مزيجًا مختلفًا من الإشعاع النجمي. من الأرض. على وجه الخصوص ، شبكية العين قادرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي ، وقد لوحظ أنها تقوم بذلك. [4] تُعرف البكتيريا القادرة على التمثيل الضوئي باسم رودوبسين الميكروبي. دائمًا ما يكون النبات أو المخلوق الذي يستخدم عملية التمثيل الضوئي في شبكية العين أرجوانيًا.
ظل المحيط الحيوي بيئة بديلة محيط حيوي خفي على الأرض المحيط الحيوي للظلال هو محيط حيوي جرثومي افتراضي للأرض يستخدم عمليات كيميائية حيوية وجزيئية مختلفة جذريًا عن الحياة المعروفة حاليًا.
الكيمياء الحيوية للسيليكون (السيليكون العضوي) الكيمياء الحيوية البديلة الحياة القائمة على السيليكون مثل الكربون ، يمكن للسيليكون أن يخلق جزيئات كبيرة بما يكفي لنقل المعلومات البيولوجية ، ومع ذلك ، فإن نطاق كيمياء السيليكون الممكنة محدود للغاية مقارنة بالكربون.
الكيمياء الحيوية لثاني أكسيد السيليكون المذيبات غير المائية الحياة القائمة على ثاني أكسيد السيليكون اقترح جيرالد فينبرج وروبرت شابيرو أن صخور السيليكات المنصهرة يمكن أن تعمل كوسيط سائل للكائنات الحية ذات الكيمياء القائمة على السيليكون والأكسجين وعناصر أخرى مثل الألومنيوم.
الكيمياء الحيوية الكبريتية الكيمياء الحيوية البديلة الحياة القائمة على الكبريت يعد الاستخدام البيولوجي للكبريت كبديل للكربون افتراضيًا بحتًا ، خاصةً لأن الكبريت عادةً ما يشكل سلاسل خطية فقط بدلاً من سلاسل متفرعة.
الأحماض النووية البديلة الكيمياء الحيوية البديلة تخزين جيني مختلف يمكن استخدام الأحماض النووية Xeno (XNA) بدلاً من RNA أو DNA. XNA هو المصطلح العام للحمض النووي ذو العمود الفقري للسكر المتغير. تتضمن أمثلة XNA ، TNA ، الذي يستخدم threose ، HNA ، والذي يستخدم 1.5-anhydrohexitol ، GNA ، والذي يستخدم الجليكول ، CeNA ، الذي يستخدم سيكلوهكسين ، LNA ، الذي يستخدم شكلًا من الريبوز يحتوي على ارتباط إضافي بين الكربون 4 بوصة. و 2 'أكسجين ، FANA ، التي تستخدم أرابينوز ولكن مع ذرة فلور واحدة متصلة بكربونها 2 ، و PNA ، والتي تستخدم ، بدلاً من السكر والفوسفات ، وحدات N- (2-aminoethyl)-glycine متصلة بواسطة روابط الببتيد . [5] وبالمقارنة ، فإن Hachimoji DNA يغير أزواج القواعد بدلاً من العمود الفقري. هذه الأزواج الأساسية الجديدة هي P (2-Aminoimidazo [1،2a] [1،3،5] تريازين -4 (1ح) -one) ، Z (6-Amino-5-nitropyridin-2-one) ، B (Isoguanine) ، و S (rS = Isocytosine لـ RNA ، dS = 1-Methylcytosine للحمض النووي). [6] [7]

المحيط الحيوي للظل هو محيط حيوي جرثومي افتراضي للأرض يستخدم عمليات كيميائية حيوية وجزيئية مختلفة جذريًا عن الحياة المعروفة حاليًا. [8] [9] على الرغم من أن الحياة على الأرض مدروسة جيدًا نسبيًا ، إلا أن الغلاف الحيوي للظل قد يظل غير ملحوظ لأن استكشاف عالم الميكروبات يستهدف في المقام الأول الكيمياء الحيوية للكائنات الحية الكبيرة.

ربما تكون الكيمياء الحيوية البديلة الأقل غرابة هي تلك التي تحتوي على تباين مختلف في جزيئاتها الحيوية. في الحياة المعروفة على الأرض ، تكون الأحماض الأمينية تقريبًا من الشكل L والسكريات من الشكل D. قد تكون الجزيئات التي تستخدم الأحماض الأمينية D أو السكريات L جزيئات محتملة لمثل هذا التناظر ، ومع ذلك ، قد تكون غير متوافقة مع الكائنات الحية التي تستخدم جزيئات chirality المتعارضة. تم العثور على الأحماض الأمينية التي تتعارض مع القاعدة التناظرية على الأرض ، ويُعتقد عمومًا أن هذه المواد ناتجة عن تحلل الكائنات الحية ذات الصبغة الطبيعية. ومع ذلك ، يتكهن الفيزيائي بول ديفيز بأن بعضها قد يكون نتاج حياة "مضادة للشيخوخة". [10]

ومع ذلك ، فمن المشكوك فيه ما إذا كانت هذه الكيمياء الحيوية ستكون غريبة حقًا. على الرغم من أنه سيكون بالتأكيد كيمياء مجسمة بديلة ، إلا أن الجزيئات التي توجد بأغلبية ساحقة في متماثل واحد في جميع أنحاء الغالبية العظمى من الكائنات الحية يمكن العثور عليها في كثير من الأحيان في متماثل آخر في كائنات مختلفة (غالبًا قاعدية) كما هو الحال في المقارنات بين أعضاء Archaea والمجالات الأخرى ، [ بحاجة لمصدر ] جعله موضوعًا مفتوحًا سواء كانت الكيمياء الفراغية البديلة جديدة حقًا.

على الأرض ، جميع الكائنات الحية المعروفة لها هيكل ونظام قائم على الكربون. تكهن العلماء حول إيجابيات وسلبيات استخدام ذرات أخرى غير الكربون لتشكيل الهياكل الجزيئية اللازمة للحياة ، لكن لم يقترح أحد نظرية تستخدم مثل هذه الذرات لتشكيل جميع الهياكل الضرورية. ومع ذلك ، كما جادل كارل ساجان ، من الصعب للغاية التأكد مما إذا كانت العبارة التي تنطبق على جميع أشكال الحياة على الأرض ستنطبق على جميع أشكال الحياة في جميع أنحاء الكون. [11] استخدم ساجان مصطلح "شوفينية الكربون" لمثل هذا الافتراض. [12] اعتبر السيليكون والجرمانيوم بدائل يمكن تصورها للكربون [12] (تشمل العناصر الأخرى المعقولة على سبيل المثال لا الحصر البلاديوم والتيتانيوم) ولكن ، من ناحية أخرى ، أشار إلى أن الكربون يبدو أكثر تنوعًا كيميائيًا وأكثر وفرة في الكون. [13] ابتكر نورمان هورويتز التجارب لتحديد ما إذا كانت الحياة موجودة على المريخ والتي نفذتها مركبة Viking Lander عام 1976 ، وهي أول مهمة أمريكية تهبط بنجاح مسبارًا غير مأهول على سطح المريخ. جادل هورويتز بأن التنوع الكبير لذرة الكربون يجعلها العنصر الأكثر احتمالا لتقديم الحلول ، حتى الحلول الغريبة ، لمشاكل البقاء على قيد الحياة على الكواكب الأخرى. [14] واعتبر أنه لا يوجد سوى احتمال بعيد بأن أشكال الحياة غير الكربونية يمكن أن توجد مع أنظمة المعلومات الجينية القادرة على التكاثر الذاتي والقدرة على التطور والتكيف.

تحرير الكيمياء الحيوية السيليكون

تمت مناقشة ذرة السيليكون كثيرًا كأساس لنظام كيميائي حيوي بديل ، لأن السيليكون يحتوي على العديد من الخصائص الكيميائية المماثلة لتلك الخاصة بالكربون وهو في نفس المجموعة من الجدول الدوري ، مجموعة الكربون. مثل الكربون ، يمكن للسيليكون تكوين جزيئات كبيرة بما يكفي لنقل المعلومات البيولوجية. [15]

ومع ذلك ، فإن السيليكون له عيوب عديدة كبديل للكربون. السيليكون ، على عكس الكربون ، يفتقر إلى القدرة على تكوين روابط كيميائية مع أنواع مختلفة من الذرات كما هو ضروري للتنوع الكيميائي المطلوب لعملية التمثيل الغذائي ، ومع ذلك فإن هذا العجز الدقيق هو ما يجعل السيليكون أقل عرضة للترابط مع جميع أنواع الشوائب التي ينشأ منها الكربون ، بالمقارنة ، ليست محمية. تشمل العناصر التي تكوِّن مجموعات وظيفية عضوية بالكربون الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت والمعادن مثل الحديد والمغنيسيوم والزنك. من ناحية أخرى ، يتفاعل السيليكون مع أنواع قليلة جدًا من الذرات. [15] علاوة على ذلك ، في حالة تفاعله مع الذرات الأخرى ، ينتج السيليكون جزيئات تم وصفها بأنها "رتيبة مقارنة بالكون الاندماجي للجزيئات العضوية الكبيرة". [15] ويرجع ذلك إلى أن ذرات السيليكون أكبر بكثير ، ولها كتلة أكبر ونصف قطر ذري ، وبالتالي تجد صعوبة في تكوين روابط مزدوجة (يعتبر الكربون ثنائي الترابط جزءًا من مجموعة الكربونيل ، وهو عنصر أساسي للعضوية الحيوية القائمة على الكربون كيمياء).

السيلانات ، وهي مركبات كيميائية من الهيدروجين والسيليكون مماثلة لهيدروكربونات الألكان ، شديدة التفاعل مع الماء ، وتتحلل السيلانات طويلة السلسلة تلقائيًا. الجزيئات التي تضم بوليمرات من السليكون المتناوب وذرات الأكسجين بدلاً من الروابط المباشرة بين السيليكون ، والمعروفة مجتمعة باسم السيليكون ، تكون أكثر استقرارًا. لقد تم اقتراح أن المواد الكيميائية القائمة على السيليكون ستكون أكثر استقرارًا من الهيدروكربونات المكافئة في بيئة غنية بحمض الكبريتيك ، كما هو موجود في بعض المواقع خارج كوكب الأرض. [16]

من بين أنواع الجزيئات المحددة في الوسط النجمي اعتبارًا من عام 1998 [تحديث] ، يعتمد 84 نوعًا على الكربون ، بينما يعتمد 8 فقط على السيليكون. [17] علاوة على ذلك ، من بين تلك المركبات الثمانية ، 4 تشتمل أيضًا على الكربون بداخلها. تبلغ الوفرة الكونية للكربون إلى السيليكون ما يقرب من 10 إلى 1. وقد يشير هذا إلى تنوع أكبر لمركبات الكربون المعقدة في جميع أنحاء الكون ، مما يوفر أساسًا أقل يمكن بناء البيولوجيا القائمة على السيليكون عليه ، على الأقل في ظل الظروف السائدة على السطح من الكواكب. أيضًا ، على الرغم من أن الأرض والكواكب الأرضية الأخرى غنية بالسيليكون بشكل استثنائي وفقيرة للكربون (الوفرة النسبية للسيليكون للكربون في قشرة الأرض حوالي 925: 1) ، فإن الحياة الأرضية تعتمد على الكربون. قد تكون حقيقة استخدام الكربون بدلاً من السيليكون دليلاً على أن السيليكون غير مناسب للكيمياء الحيوية على الكواكب الشبيهة بالأرض. الأسباب التي تجعل هذا السبب هو أن السيليكون أقل تنوعًا من الكربون في تكوين المركبات ، وأن المركبات التي يتكون منها السيليكون غير مستقرة ، وأنه يمنع تدفق الحرارة. [18]

ومع ذلك ، تستخدم بعض الكائنات الحية على الأرض السيليكا الحيوية ، مثل الهيكل العظمي للسيليكات للدياتومات. وفقًا لفرضية الطين الخاصة بـ A.G.Cairns-Smith ، لعبت معادن السيليكات في الماء دورًا مهمًا في التولد التلقائي: فقد قامت بتكرار هياكلها البلورية ، وتفاعلت مع مركبات الكربون ، وكانت مقدمة للحياة القائمة على الكربون. [19] [20]

على الرغم من عدم ملاحظتها في الطبيعة ، فقد تمت إضافة روابط الكربون والسيليكون إلى الكيمياء الحيوية باستخدام التطور الموجه (الانتقاء الاصطناعي). هيم يحتوي على السيتوكروم ج بروتين من رودوثرموس مارينوس تم تصميمه باستخدام التطور الموجه لتحفيز تكوين روابط كربون-سيليكون جديدة بين مركبات الهيدروسيلان والديازو. [21]

قد تكون مركبات السيليكون مفيدة بيولوجيًا تحت درجات حرارة أو ضغوط مختلفة عن سطح كوكب أرضي ، إما بالاقتران مع الكربون أو في دور أقل تشابهًا بشكل مباشر مع الكربون. Polysilanols ، مركبات السيليكون المقابلة للسكريات ، قابلة للذوبان في النيتروجين السائل ، مما يشير إلى أنها يمكن أن تلعب دورًا في الكيمياء الحيوية ذات درجة الحرارة المنخفضة جدًا. [22] [23]

في الخيال العلمي السينمائي والأدبي ، في الوقت الذي تنتقل فيه الآلات التي صنعها الإنسان من اللاحيا إلى الحياة ، غالبًا ما يُفترض ، [ بواسطة من؟ ] هذا الشكل الجديد سيكون المثال الأول للحياة غير القائمة على الكربون. منذ ظهور المعالجات الدقيقة في أواخر الستينيات ، غالبًا ما يتم تصنيف هذه الآلات على أنها أجهزة كمبيوتر (أو روبوتات موجهة بالكمبيوتر) ويتم تصنيفها ضمن "الحياة القائمة على السيليكون" ، على الرغم من أن مصفوفة دعم السيليكون لهذه المعالجات ليست أساسية تقريبًا عملها كالكربون هو "الحياة الرطبة".

تحرير الكيمياء الحيوية الأخرى المستندة إلى العناصر الغريبة

    قابلة للانفجار بشكل خطير في الغلاف الجوي للأرض ، ولكنها ستكون أكثر استقرارًا في الغلاف الجوي المختزل. ومع ذلك ، فإن الوفرة الكونية المنخفضة للبورون تجعله أقل احتمالًا كقاعدة للحياة من الكربون.
  • يمكن أن تشكل المعادن المختلفة ، إلى جانب الأكسجين ، هياكل معقدة للغاية ومستقرة حرارياً تنافس تلك الموجودة في المركبات العضوية [بحاجة لمصدر] الأحماض غير المتجانسة هي إحدى هذه العائلات. تتشابه بعض أكاسيد المعادن أيضًا مع الكربون في قدرتها على تكوين هياكل الأنابيب النانوية والبلورات الشبيهة بالماس (مثل الزركونيا المكعبة). التيتانيوم والألومنيوم والمغنيسيوم والحديد كلها أكثر وفرة في قشرة الأرض من الكربون. لذلك يمكن أن تكون الحياة القائمة على أكسيد المعدن احتمالًا في ظل ظروف معينة ، بما في ذلك الظروف (مثل درجات الحرارة المرتفعة) التي تكون فيها الحياة القائمة على الكربون غير محتملة. أبلغت مجموعة كرونين في جامعة جلاسكو عن تجميع ذاتي لمادة التنجستن بوليوكسوميتالات في كريات تشبه الخلايا. [24] من خلال تعديل محتوى أكسيد المعدن ، يمكن أن تكتسب الكرات ثقوبًا تعمل بمثابة غشاء مسامي ، مما يسمح بشكل انتقائي للمواد الكيميائية بالدخول والخروج من الكرة وفقًا للحجم. [24] قادر أيضًا على تكوين جزيئات طويلة السلسلة ، ولكنه يعاني من نفس مشاكل التفاعل العالي مثل الفوسفور والسيلانات. يعد الاستخدام البيولوجي للكبريت كبديل للكربون افتراضيًا بحتًا ، خاصةً لأن الكبريت عادةً ما يشكل سلاسل خطية فقط بدلاً من سلاسل متفرعة. (الاستخدام البيولوجي للكبريت كمستقبل للإلكترون واسع الانتشار ويمكن إرجاعه إلى 3.5 مليار سنة على الأرض ، مما يسبق استخدام الأكسجين الجزيئي. كبريتيد.)

الزرنيخ ، وهو مشابه كيميائيًا للفوسفور ، في حين أنه سام لمعظم أشكال الحياة على الأرض ، تم دمجه في الكيمياء الحيوية لبعض الكائنات الحية. [26] بعض الطحالب البحرية تدمج الزرنيخ في جزيئات عضوية معقدة مثل الزرنيخ والزرنيخ. يمكن أن تنتج الفطريات والبكتيريا مركبات الزرنيخ المتطايرة الميثلة. لوحظ اختزال الزرنيخ وأكسدة الزرنيخ في الميكروبات (الكريسوجين أرسيناتيس). [27] بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبعض بدائيات النوى استخدام الزرنيخ كمستقبل نهائي للإلكترون أثناء النمو اللاهوائي ويمكن للبعض استخدام الزرنيخ كمتبرع للإلكترون لتوليد الطاقة.

تم التكهن بأن أقدم أشكال الحياة على الأرض ربما تكون قد استخدمت الكيمياء الحيوية للزرنيخ بدلاً من الفوسفور في بنية الحمض النووي الخاص بها. [28] من الاعتراضات الشائعة على هذا السيناريو أن استرات الزرنيخ أقل استقرارًا بكثير للتحلل المائي من استرات الفوسفات المقابلة ، مما يجعل الزرنيخ غير مناسب لهذه الوظيفة. [29]

افترض مؤلفو دراسة علم الأحياء الدقيقة في عام 2010 ، بدعم جزئي من وكالة ناسا ، أن بكتيريا تسمى GFAJ-1 ، تم جمعها في رواسب بحيرة مونو في شرق كاليفورنيا ، يمكن أن تستخدم مثل هذا "الحمض النووي للزرنيخ" عند زراعته بدون الفوسفور. [30] [31] اقترحوا أن تستخدم البكتيريا مستويات عالية من بولي-بيتا هيدروكسي بوتيرات أو وسائل أخرى لتقليل التركيز الفعال للماء وتثبيت إسترات الزرنيخ. [31] تعرض هذا الادعاء لانتقادات شديدة فور نشره بسبب الافتقار الملحوظ إلى الضوابط المناسبة. [32] [33] اتصل الكاتب العلمي كارل زيمر بالعديد من العلماء لإجراء تقييم: "لقد تواصلت مع عشرات الخبراء. تقريبًا بالإجماع ، يعتقدون أن علماء ناسا فشلوا في إثبات قضيتهم". [34] لم يتمكن مؤلفون آخرون من إعادة إنتاج نتائجهم وأظهروا أن الدراسة لديها مشاكل مع تلوث الفوسفات ، مما يشير إلى أن الكميات المنخفضة الموجودة يمكن أن تحافظ على أشكال الحياة المتطرفة. [35] بدلاً من ذلك ، تم اقتراح أن خلايا GFAJ-1 تنمو عن طريق إعادة تدوير الفوسفات من الريبوسومات المتحللة ، بدلاً من استبداله بالزرنيخ. [36]

بالإضافة إلى مركبات الكربون ، تتطلب الحياة الأرضية المعروفة حاليًا أيضًا الماء كمذيب. وقد أدى ذلك إلى مناقشات حول ما إذا كان الماء هو السائل الوحيد القادر على القيام بهذا الدور. إن الفكرة القائلة بأن شكل الحياة خارج كوكب الأرض قد يعتمد على مذيب آخر غير الماء قد تم أخذها على محمل الجد في الأدبيات العلمية الحديثة من قبل عالم الكيمياء الحيوية ستيفن بينر ، [37] ومن قبل لجنة علم الأحياء الفلكية برئاسة جون إيه باروس. [38] المذيبات التي ناقشتها لجنة باروس تشمل الأمونيا ، [39] حمض الكبريتيك ، [40] فورماميد ، [41] الهيدروكربونات ، [41] و (عند درجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الأرض) النيتروجين السائل ، أو الهيدروجين في شكل السوائل فوق الحرجة. [42]

وصف كارل ساجان نفسه ذات مرة بأنه شوفيني للكربون وشوفيني للمياه [43] ومع ذلك ، في مناسبة أخرى قال إنه كان شوفينيًا للكربون ولكنه "ليس شوفينيًا للمياه". [44] تكهن بشأن الهيدروكربونات ، [44]: 11 حمض الهيدروفلوريك ، [45] والأمونيا [44] [45] كبدائل محتملة للمياه.

تتضمن بعض خصائص الماء المهمة لعمليات الحياة ما يلي:

  • تعقيد يؤدي إلى عدد كبير من التباديل لمسارات التفاعل المحتملة بما في ذلك كيمياء القاعدة الحمضية ، وكاتيونات H + ، وأنيونات OH ، ورابط الهيدروجين ، وترابط فان دير فالس ، وثنائي القطب ، وتفاعلات قطبية أخرى ، وأقفاص المذيبات المائية ، والتحلل المائي . يقدم هذا التعقيد عددًا كبيرًا من مسارات التطور لإنتاج الحياة ، والعديد من المذيبات الأخرى [أي؟] لديها ردود فعل محتملة أقل بشكل كبير ، مما يحد بشدة من التطور.
  • الثبات الديناميكي الحراري: الطاقة الحرة لتكوين الماء السائل منخفضة بدرجة كافية (−237.24 كيلوجول / مول) بحيث يخضع الماء لتفاعلات قليلة. المذيبات الأخرى شديدة التفاعل ، خاصة مع الأكسجين.
  • لا يحترق الماء في الأكسجين لأنه بالفعل نتاج احتراق الهيدروجين مع الأكسجين. معظم المذيبات البديلة غير مستقرة في الغلاف الجوي الغني بالأكسجين ، لذلك فمن غير المرجح أن تدعم هذه السوائل الحياة الهوائية.
  • نطاق درجة حرارة كبير يتحول خلاله إلى سائل.
  • قابلية عالية للذوبان للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في درجة حرارة الغرفة مما يدعم تطور النباتات المائية الهوائية والحياة الحيوانية.
  • سعة حرارية عالية (تؤدي إلى استقرار درجة حرارة بيئية أعلى).
  • الماء عبارة عن سائل في درجة حرارة الغرفة يؤدي إلى عدد كبير من حالات التحول الكمي المطلوبة للتغلب على حواجز التفاعل. تحتوي السوائل المبردة (مثل الميثان السائل) على مجموعات حالة انتقالية منخفضة بشكل كبير وهي ضرورية للحياة بناءً على التفاعلات الكيميائية. يؤدي هذا إلى معدلات تفاعل كيميائية قد تكون بطيئة جدًا بحيث تمنع تطور أي حياة قائمة على التفاعلات الكيميائية. [بحاجة لمصدر]
  • تسمح الشفافية الطيفية للإشعاع الشمسي باختراق عدة أمتار في السائل (أو الصلب) ، مما يساعد بشكل كبير على تطور الحياة المائية.
  • حرارة عالية من التبخر تؤدي إلى استقرار البحيرات والمحيطات.
  • القدرة على إذابة مجموعة متنوعة من المركبات.
  • المادة الصلبة (الجليد) أقل كثافة من السائل ، لذلك يطفو الجليد على السائل. هذا هو السبب في تجمد المسطحات المائية ولكن لا تتجمد صلبة (من الأسفل إلى الأعلى). إذا كان الجليد أكثر كثافة من الماء السائل (كما هو الحال بالنسبة لجميع المركبات الأخرى تقريبًا) ، فإن الأجسام الكبيرة من السائل ستتجمد ببطء ، مما لن يؤدي إلى تكوين الحياة.

الماء كمركب وفير كونيًا ، على الرغم من أن الكثير منه في شكل بخار أو جليد. يعتبر الماء السائل تحت السطح محتملًا أو ممكنًا على العديد من الأقمار الخارجية: إنسيلادوس (حيث لوحظت السخانات) ، ويوروبا ، وتيتان ، وجانيميد. الأرض وتيتان هما العالمان الوحيدان المعروفان حاليًا باحتوائهما على أجسام سائلة مستقرة على أسطحهما.

ومع ذلك ، ليست كل خصائص الماء مفيدة بالضرورة للحياة. [46] على سبيل المثال ، يحتوي جليد الماء على درجة عالية من البياض ، [46] مما يعني أنه يعكس كمية كبيرة من الضوء والحرارة من الشمس. خلال العصور الجليدية ، مع تراكم الجليد العاكس على سطح الماء ، تزداد تأثيرات التبريد العالمي. [46]

هناك بعض الخصائص التي تجعل بعض المركبات والعناصر أكثر ملاءمة من غيرها كمذيبات في محيط حيوي ناجح. يجب أن يكون المذيب قادرًا على الوجود في توازن سائل على مدى درجات حرارة يواجهها الجسم الكوكبي عادةً. لأن نقاط الغليان تختلف مع الضغط ، فإن السؤال يميل إلى أن يكون كذلك هل المذيب المحتمل يظل سائلاً ، ولكن في أي ضغط. على سبيل المثال ، يحتوي سيانيد الهيدروجين على نطاق ضيق لدرجة حرارة الطور السائل عند 1 جو ، ولكن في جو به ضغط كوكب الزهرة ، مع 92 بارًا (91 ضغطًا جويًا) من الضغط ، يمكن أن يوجد بالفعل في شكل سائل على مدى درجة حرارة واسعة.

تحرير الأمونيا

جزيء الأمونيا (NH3) ، مثل جزيء الماء ، وفير في الكون ، كونه مركب من الهيدروجين (أبسط العناصر وأكثرها شيوعًا) مع عنصر آخر شائع جدًا ، النيتروجين. [47] الدور المحتمل للأمونيا السائلة كمذيب بديل للحياة هي فكرة تعود على الأقل إلى عام 1954 ، عندما أثار J.B.S Haldane الموضوع في ندوة حول أصل الحياة. [48]

يمكن إجراء العديد من التفاعلات الكيميائية في محلول الأمونيا ، والأمونيا السائلة لها أوجه تشابه كيميائية مع الماء. [47] [49] يمكن للأمونيا إذابة معظم الجزيئات العضوية على الأقل كما يفعل الماء ، بالإضافة إلى أنها قادرة على إذابة العديد من المعادن الأولية. أوضح هالدين أن العديد من المركبات العضوية الشائعة المتعلقة بالمياه لها نظائر مرتبطة بالأمونيا على سبيل المثال مجموعة الأمين المتعلقة بالأمونيا (−NH2) مشابه لمجموعة الهيدروكسيل المتعلقة بالمياه (−OH). [49]

يمكن للأمونيا ، مثل الماء ، إما قبول أو التبرع بأيون H +. عندما تقبل الأمونيا H + ، فإنها تشكل كاتيون الأمونيوم (NH4 +) ، مشابه للهيدرونيوم (H3س +). عندما تتبرع بأيون H + ، فإنها تشكل أنيون الأميد (NH2 -) ، مشابه لأنيون الهيدروكسيد (OH -). [39] بالمقارنة مع الماء ، فإن الأمونيا أكثر ميلًا لقبول أيون H + ، وأقل ميلًا للتبرع بأحدها فهي من محبي النواة الأقوى. [39] تعمل الأمونيا المضافة إلى الماء كقاعدة أرهينيوس: فهي تزيد من تركيز هيدروكسيد الأنيون. Conversely, using a solvent system definition of acidity and basicity, water added to liquid ammonia functions as an acid, because it increases the concentration of the cation ammonium. [49] The carbonyl group (C=O), which is much used in terrestrial biochemistry, would not be stable in ammonia solution, but the analogous imine group (C=NH) could be used instead. [39]

However, ammonia has some problems as a basis for life. The hydrogen bonds between ammonia molecules are weaker than those in water, causing ammonia's heat of vaporization to be half that of water, its surface tension to be a third, and reducing its ability to concentrate non-polar molecules through a hydrophobic effect. Gerald Feinberg and Robert Shapiro have questioned whether ammonia could hold prebiotic molecules together well enough to allow the emergence of a self-reproducing system. [50] Ammonia is also flammable in oxygen and could not exist sustainably in an environment suitable for aerobic metabolism. [51]

A biosphere based on ammonia would likely exist at temperatures or air pressures that are extremely unusual in relation to life on Earth. Life on Earth usually exists within the melting point and boiling point of water at normal pressure, between 0 °C (273 K) and 100 °C (373 K) at normal pressure ammonia's melting and boiling points are between −78 °C (195 K) and −33 °C (240 K). Chemical reactions generally proceed more slowly at a lower temperature. Therefore, ammonia-based life, if it exists, might metabolize more slowly and evolve more slowly than life on Earth. [51] On the other hand, lower temperatures could also enable living systems to use chemical species that would be too unstable at Earth temperatures to be useful. [47]

Ammonia could be a liquid at Earth-like temperatures, but at much higher pressures for example, at 60 atm, ammonia melts at −77 °C (196 K) and boils at 98 °C (371 K). [39]

Ammonia and ammonia–water mixtures remain liquid at temperatures far below the freezing point of pure water, so such biochemistries might be well suited to planets and moons orbiting outside the water-based habitability zone. Such conditions could exist, for example, under the surface of Saturn's largest moon Titan. [52]

Methane and other hydrocarbons Edit

Methane (CH4) is a simple hydrocarbon: that is, a compound of two of the most common elements in the cosmos: hydrogen and carbon. It has a cosmic abundance comparable with ammonia. [47] Hydrocarbons could act as a solvent over a wide range of temperatures, but would lack polarity. Isaac Asimov, the biochemist and science fiction writer, suggested in 1981 that poly-lipids could form a substitute for proteins in a non-polar solvent such as methane. [47] Lakes composed of a mixture of hydrocarbons, including methane and ethane, have been detected on the surface of Titan by the Cassini spacecraft.

There is debate about the effectiveness of methane and other hydrocarbons as a solvent for life compared to water or ammonia. [53] [54] [55] Water is a stronger solvent than the hydrocarbons, enabling easier transport of substances in a cell. [56] However, water is also more chemically reactive and can break down large organic molecules through hydrolysis. [53] A life-form whose solvent was a hydrocarbon would not face the threat of its biomolecules being destroyed in this way. [53] Also, the water molecule's tendency to form strong hydrogen bonds can interfere with internal hydrogen bonding in complex organic molecules. [46] Life with a hydrocarbon solvent could make more use of hydrogen bonds within its biomolecules. [53] Moreover, the strength of hydrogen bonds within biomolecules would be appropriate to a low-temperature biochemistry. [53]

Astrobiologist Chris McKay has argued, on thermodynamic grounds, that if life does exist on Titan's surface, using hydrocarbons as a solvent, it is likely also to use the more complex hydrocarbons as an energy source by reacting them with hydrogen, reducing ethane and acetylene to methane. [57] Possible evidence for this form of life on Titan was identified in 2010 by Darrell Strobel of Johns Hopkins University a greater abundance of molecular hydrogen in the upper atmospheric layers of Titan compared to the lower layers, arguing for a downward diffusion at a rate of roughly 10 25 molecules per second and disappearance of hydrogen near Titan's surface. As Strobel noted, his findings were in line with the effects Chris McKay had predicted if methanogenic life-forms were present. [56] [57] [58] The same year, another study showed low levels of acetylene on Titan's surface, which were interpreted by Chris McKay as consistent with the hypothesis of organisms reducing acetylene to methane. [56] While restating the biological hypothesis, McKay cautioned that other explanations for the hydrogen and acetylene findings are to be considered more likely: the possibilities of yet unidentified physical or chemical processes (e.g. a non-living surface catalyst enabling acetylene to react with hydrogen), or flaws in the current models of material flow. [59] He noted that even a non-biological catalyst effective at 95 K would in itself be a startling discovery. [59]

Azotosome Edit

A hypothetical cell membrane termed an azotosome capable of functioning in liquid methane in Titan conditions was computer-modeled in an article published in February 2015. Composed of acrylonitrile, a small molecule containing carbon, hydrogen, and nitrogen, it is predicted to have stability and flexibility in liquid methane comparable to that of a phospholipid bilayer (the type of cell membrane possessed by all life on Earth) in liquid water. [60] [61] An analysis of data obtained using the Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), completed in 2017, confirmed substantial amounts of acrylonitrile in Titan's atmosphere. [62] [63]

Hydrogen fluoride Edit

Hydrogen fluoride (HF), like water, is a polar molecule, and due to its polarity it can dissolve many ionic compounds. Its melting point is −84 °C, and its boiling point is 19.54 °C (at atmospheric pressure) the difference between the two is a little more than 100 K. HF also makes hydrogen bonds with its neighbor molecules, as do water and ammonia. It has been considered as a possible solvent for life by scientists such as Peter Sneath [64] and Carl Sagan. [45]

HF is dangerous to the systems of molecules that Earth-life is made of, but certain other organic compounds, such as paraffin waxes, are stable with it. [45] Like water and ammonia, liquid hydrogen fluoride supports an acid–base chemistry. Using a solvent system definition of acidity and basicity, nitric acid functions as a base when it is added to liquid HF. [65]

However, hydrogen fluoride is cosmically rare, unlike water, ammonia, and methane. [66]

Hydrogen sulfide Edit

Hydrogen sulfide is the closest chemical analog to water, [67] but is less polar and a weaker inorganic solvent. [68] Hydrogen sulfide is quite plentiful on Jupiter's moon Io and may be in liquid form a short distance below the surface astrobiologist Dirk Schulze-Makuch has suggested it as a possible solvent for life there. [69] On a planet with hydrogen-sulfide oceans the source of the hydrogen sulfide could come from volcanos, in which case it could be mixed in with a bit of hydrogen fluoride, which could help dissolve minerals. Hydrogen-sulfide life might use a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide as their carbon source. They might produce and live on sulfur monoxide, which is analogous to oxygen (O2). Hydrogen sulfide, like hydrogen cyanide and ammonia, suffers from the small temperature range where it is liquid, though that, like that of hydrogen cyanide and ammonia, increases with increasing pressure.

Silicon dioxide and silicates Edit

Silicon dioxide, also known as silica and quartz, is very abundant in the universe and has a large temperature range where it is liquid. However, its melting point is 1,600 to 1,725 °C (2,912 to 3,137 °F), so it would be impossible to make organic compounds in that temperature, because all of them would decompose. Silicates are similar to silicon dioxide and some have lower melting points than silica. Gerald Feinberg and Robert Shapiro have suggested that molten silicate rock could serve as a liquid medium for organisms with a chemistry based on silicon, oxygen, and other elements such as aluminium. [70]

Other solvents or cosolvents Edit

Other solvents sometimes proposed:

    : supercritical carbon dioxide and supercritical hydrogen. [71]
  • Simple hydrogen compounds: hydrogen chloride. [72]
  • More complex compounds: sulfuric acid, [40]formamide, [41]methanol. [72]
  • Very-low-temperature fluids: liquid nitrogen[42] and hydrogen. [42]
  • High-temperature liquids: sodium chloride. [73]

Sulfuric acid in liquid form is strongly polar. It remains liquid at higher temperatures than water, its liquid range being 10 °C to 337 °C at a pressure of 1 atm, although above 300 °C it slowly decomposes. Sulfuric acid is known to be abundant in the clouds of Venus, in the form of aerosol droplets. In a biochemistry that used sulfuric acid as a solvent, the alkene group (C=C), with two carbon atoms joined by a double bond, could function analogously to the carbonyl group (C=O) in water-based biochemistry. [40]

A proposal has been made that life on Mars may exist and be using a mixture of water and hydrogen peroxide as its solvent. [74] A 61.2% (by mass) mix of water and hydrogen peroxide has a freezing point of −56.5 °C and tends to super-cool rather than crystallize. It is also hygroscopic, an advantage in a water-scarce environment. [75] [76]

Supercritical carbon dioxide has been proposed as a candidate for alternative biochemistry due to its ability to selectively dissolve organic compounds and assist the functioning of enzymes and because "super-Earth"- or "super-Venus"-type planets with dense high-pressure atmospheres may be common. [71]

Non-green photosynthesizers Edit

Physicists have noted that, although photosynthesis on Earth generally involves green plants, a variety of other-colored plants could also support photosynthesis, essential for most life on Earth, and that other colors might be preferred in places that receive a different mix of stellar radiation than Earth. [77] [78] These studies indicate that blue plants would be unlikely however yellow or red plants may be relatively common. [78]

Variable environments Edit

Many Earth plants and animals undergo major biochemical changes during their life cycles as a response to changing environmental conditions, for example, by having a spore or hibernation state that can be sustained for years or even millennia between more active life stages. [79] Thus, it would be biochemically possible to sustain life in environments that are only periodically consistent with life as we know it.

For example, frogs in cold climates can survive for extended periods of time with most of their body water in a frozen state, [79] whereas desert frogs in Australia can become inactive and dehydrate in dry periods, losing up to 75% of their fluids, yet return to life by rapidly rehydrating in wet periods. [80] Either type of frog would appear biochemically inactive (i.e. not living) during dormant periods to anyone lacking a sensitive means of detecting low levels of metabolism.

Alanine world and hypothetical alternatives Edit

The genetic code evolved during the transition from the RNA world to a protein world. [81] The Alanine World Hypothesis postulates that the evolution of the genetic code (the so-called GC phase [82] ) started with only four basic amino acids: alanine, glycine, proline and ornithine (now arginine). [83] The evolution of the genetic code ended with 20 proteinogenic amino acids. From a chemical point of view, most of them are Alanine-derivatives particularly suitable for the construction of α-helices and β-sheets – basic secondary structural elements of modern proteins. Direct evidence of this is an experimental procedure in molecular biology known as alanine scanning. The hypothetical "Proline World" would create a possible alternative life with the genetic code based on the proline chemical scaffold as the protein backbone. Similarly, "Glycine" and "Ornithine" worlds are also conceivable, but nature has chosen none of them. [84] Evolution of life with Glycine, Proline or Ornithine as the basic structure for protein-like polymers (foldamers) would lead to parallel biological worlds. They would have morphologically radically different body plans and genetics from the living organisms of the known biosphere. [85]

Dust and plasma-based Edit

In 2007, Vadim N. Tsytovich and colleagues proposed that lifelike behaviors could be exhibited by dust particles suspended in a plasma, under conditions that might exist in space. [86] [87] Computer models showed that, when the dust became charged, the particles could self-organize into microscopic helical structures, and the authors offer "a rough sketch of a possible model of. helical grain structure reproduction".

Life on a neutron star Edit

Frank Drake suggested in 1973 that intelligent life could inhabit neutron stars. [88] Physical models in 1973 implied that Drake's creatures would be microscopic. In 1980, Robert L Forward wrote the science fiction novel Dragon's Egg using Drake's suggestion as a thesis. [89]

Scientists who have considered possible alternatives to carbon-water biochemistry include:


Benzo(a)pyrene

خلفية

Benzo(a)pyrene (BaP) is bioactivated to its carcinogenic form by phase 1 and phase 2 metabolism. As with other polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), the presence of the ‘bay region’ contributes greatly to the carcinogenicity of BaP. This region is sterically constrained, allowing the formation of diol epoxides, which subsequently react with intracellular molecules such as DNA. Human exposure to BaP and other PAHs occurs primarily from smoking or from secondhand smoke, air polluted with combustion products, or food and water polluted with combustion products, such as those cooked over charcoal or broiled.

BaP has been extensively studied for its toxicities in children and during pregnancy. A study of pregnant active smokers showed that BaP crossed the human placenta and was bound to fetal hemoglobin at levels significantly higher than in pregnant nonsmokers.

Health concerns associated with BaP exposure for children were also evaluated. These include formation of BaP-DNA adducts, which may lead to errors in DNA replication and increased risk of cancer increased risk of cancer associated with BaP metabolite formation persistent effects on the development and function of the immune system and reduced fertility in offspring during adulthood following BaP exposure during pregnancy. Concerns for BaP exposure of pregnant women and children are ambient air contamination from mobile sources (e.g., automobiles and other vehicles) and industrial sources (e.g., coke ovens, metal-processing plants) fetal exposure from maternal cigarette smoking fetal and childhood exposure from secondhand cigarette smoke and exposure from diet, including grilled and broiled food. Children may also have greater exposure than adults to contaminated soil in areas where BaP-contaminated soil from industrial contamination may be present, because of behavior patterns, particularly hand-to-mouth activity.


شكر وتقدير

We thank Y. Fan, C. Gemeno, M. Trabalon, and L. Zurek for their critical comments on the manuscript, S. C. Johnson Wax for supplying the flies, and Bridget Deasy for technical assistance. This work was supported in part by the Blanton J. Whitmire Endowment, the W. M. Keck Center for Behavioral Biology at North Carolina State University, and by grants from the NSF (IBN-9817075 ּS] and IBN-9630916 [GJB]) and the Fondation Simone et Cino Del Duca (AGB).


Petrobras (PBR) Places $2.3B FPSO Order to Keppel Shipyard

Petrobras ( PBR Quick Quote PBR - Free Report) ordered a floating production, storage and offloading (&ldquoFPSO&rdquo) vessel from Keppel Shipyard in the Santos Basin offshore Brazil. Notably, this will be the seventh FPSO unit to be built in the Búzios field of the Santos Basin pre-salt area.

Founded in 2010, the Búzios field is known as the largest deep-water oil field globally. It is believed that Buzios will have a daily production of more than 2 million barrels of oil equivalent per day by the end of the decade, making itself the largest oil-producing asset of Petrobras.

Keppel Shipyard, a subsidiary of Keppel Offshore & Marine (or Keppel O&M), will develop the FPSO unit under the terms of an engineering, procurement and construction contract. Notably, the order was made as part of Petrobras' strategy to develop projects for its platforms by applying the insights gained from the already-installed FPSOs in the pre-salt, which includes contracting and construction aspects.

Keppel O&M will manufacture the topside components of the FPSO at its shipyards in Singapore, China and Brazil. It will also conduct the associated integration and commissioning works. Moreover, its partner, Hyundai Heavy Industries, will deliver the oil tanker hull and the living quarters for the FPSO. Keppel O&M will also perform the final phase of placing the FPSO into service after it reaches the Buzios field.

The FPSO, which will be named P-78, will have a distillation capacity of 180 thousand barrels of oil per day and 7.2 million cubic meters of gas per day. Notably, the platform is a floating unit that produces, stores and transfers oil. The order is valued at $2.3 billion and is expected to be delivered by the end of 2024.

Notably, the project implements the company&rsquos capabilities as a leading integrator of offshore energy and infrastructure assets by utilizing its abilities in engineering and project management for higher value-adding work.

Company Profile & Price Performance

Petrobras is the largest integrated energy firm in Brazil and one of the biggest in Latin America. Its activities include exploration, exploitation and production of oil from reservoir wells, shale and other rocks. Further, it comprises refining, processing, trading and transportation of oil and oil products, natural gas, and other fluid hydrocarbons beside other energy-related operations.

Shares of the company have outperformed the industry in the past month. Its stock has gained 7.4% compared with the industry&rsquos 2.5% growth.

Zacks Rank & Other Stocks to Consider

Petrobras currently sports a Zack Rank #1 (Strong Buy).

Some other top-ranked players in the energy space are Oceaneering International, Inc. ( OII Quick Quote OII - Free Report) , Marathon Petroleum Corporation ( MPC Quick Quote MPC - Free Report) and Ring Energy, Inc. ( REI Quick Quote REI - Free Report) , each currently carrying a Zacks Rank #2 (Buy). You can see the complete list of today&rsquos Zacks #1 Rank stocks here.

Oceaneering&rsquos 2021 earnings are expected to surge 925% year over year.

Marathon&rsquos 2021 earnings are expected to surge 157.6% year over year.

Ring Energy&rsquos 2021 earnings are expected to rise 40.7% year over year.

Zacks' Top Picks to Cash in on Artificial Intelligence

In 2021, this world-changing technology is projected to generate $327.5 billion in revenue. Now Shark Tank star and billionaire investor Mark Cuban says AI will create "the world's first trillionaires." Zacks' urgent special report reveals 3 AI picks investors need to know about today.


2.4.7 Explain how vesicles are used to transport materials within a cell between the rough endoplasmic reticulum, Golgi apparatus and plasma membrane.

After proteins have been synthesized by ribosomes they are transported to the rough endoplasmic reticulum where they can be modified. Vesicles carrying the protein then bud off the rough endoplasmic reticulum and are transported to the Golgi apparatus to be further modified. After this the vesicles carrying the protein bud off the Golgi apparatus and carry the protein to the plasma membrane. Here the vesicles fuse with the membrane expelling their content (the modified proteins) outside the cell. The membrane then goes back to its original state. This is a process called exocytosis. Endocytosis is a similar process which involves the pulling of the plasma membrane inwards so that the pinching off of a vesicle from the plasma membrane occurs and then this vesicle can carry its content anywhere in the cell.


Hydrocarbon Metabolism in Organisms | علم الاحياء المجهري

Hydrocarbons are organic compounds containing carbon and hydrogen. The simplest hydrocarbon is methane (CH4). A host of bacteria can also use other hydrocarbons like alkanes, alkenes, cyclic and aromatic compounds. Alkanes are linear saturated hydrocarbons having the general formula CH3-(CH2)ن-CH3, while alkenes are unsaturated linear molecules.

Some examples of these hydrocarbons are:

Among the different types of hydrocarbons, n-alkanes are readily attacked and metabolized by microorganisms. In contrast, unsaturated hydrocarbons — and the cyclic and aromatic ones — are more resistant to microbial attack. Hydrocarbon-metabolizing microorganisms are ubiquitously distributed in soil and fresh water as well as in marine environments.

More than 100 species of bacteria, yeasts and fungi are known to possess the ability to grow in presence of various hydrocarbons utilized as the sole carbon and energy source. Among the more well-known genera are Pseudomonas, Arthrobacter, Achromobacter, Acinetobacter, Micrococcus, Mycobacterium, Nocardia, Brevibacterium, Corynebacterium, Vibrio etc. among bacteria, and Candida, Rhodotorula, Sporobolomyces etc. among yeasts. Most of these organisms attack alkanes. Aromatic hydrocarbons can also be degraded by several bacteria and yeasts, specially pseudomonads, mycobacteria and some spore-formers.

n-Alkanes are metabolized usually by a monotenninal oxidation to produce a primary alcohol. The enzymes are called monooxygenases and requires oxygen and NADH2.

The primary alcohol is next oxidized by an NAD-linked dehydrogenase to produce the corresponding aldehyde.

The aldehyde is next oxidized to produce the corresponding acid which is a fatty acid. The fatty acid is further metabolized by the –oxidation pathway to form acetyl-CoA which is end oxidized via TCA cycle and electron transport chain yielding ATP.

Aromatic rings are cleaved through oxygenases which incorporate molecular oxygen into the substrate. These enzymes are of two types — monooxygenase and di-oxygenase depending on whether one or two oxygen atoms are added into the molecule. In cleavage of aromatic compounds, both types of oxygenases take part.

As a preparatory step to ring cleavage, the substrate, i.e. the aromatic compound, is converted to ortho- or para- dihydroxy phenyl derivative. Side groups, if any, present in the aromatic ring are removed prior to cleavage. Then through the action of di-oxygenase, two oxygen atoms are introduced into the ring resulting in cleavage and production of a dicarboxylic acid.

The dicarboxylic acid is further metabolized to produce 3-keto adipic acid via muconolactone which forms succinyl-CoA and acetyl- CoA. These are then further degraded via TCA cycle and electron transport system to yield CO2، ح2O and ATP.


شاهد الفيديو: نظرة عامة على الهيدروكربونات. الأحياء. خصائص الكربون (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Roano

    أجد أنك لست على حق. سنناقشها. اكتب في رئيس الوزراء ، سوف نتحدث.

  2. Tekinos

    إنها عبارة رائعة ومسلية للغاية

  3. Faedal

    هناك المزيد من الافتقار

  4. Nicolai

    أعتذر ، لكن في رأيي ، أنت لست على حق. أنا متأكد. دعنا نناقش. اكتب لي في PM.

  5. Orestes

    شكرا لهذه المادة مثيرة للاهتمام. سأنتظر إعلانات جديدة.

  6. Nahum

    يمكنني أن أقترح عليك زيارة الموقع ، حيث توجد العديد من المقالات حول هذه المشكلة.

  7. Metilar

    واكر ، يبدو لي ، إنها عبارة رائعة

  8. Kazrakus

    في رأيي ، تمت مناقشته بالفعل.



اكتب رسالة