Wahrscheinlichkeit und Einzigartigkeit von Leben

Mahananda

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Hallo Kibo,

das ist grundsätzlich alles richtig, was Du schreibst. Mir fehlt da nur der Bezug zum Anthropischen Prinzip.

Hallo Dgoe,

Oder machen zusammen weiter, wenn sie sich einkriegen und sich gut verstehen lernen.

Das dürfte schwierig werden, denn bei einer unabhängigen Entstehung von Translation hätten wir auch unterschiedliche genetische Codes, so dass Horizontaler Gentransfer mit nachfolgend gesteigerter Fitness beider Spezies ausscheidet. In diesem Fall greift dann doch der Verdrängungswettbewerb, bei dem sich die fittere Art durchsetzt.

Je nach Distanz kein Thema, treffen denkbar Ebenbürtige aufeinander.

Mag sein, aber am Ende heißt es: Einer wird gewinnen.

Und dann hat es über zig Vorläufer an nur einer Stelle geklappt, was ja ausreicht, um den ganzen Globus zu vereinnahmen. Oder es hat aber an zig Stellen geklappt, ganz vielen - was ebenso den ganzen Globus vereinnahmt hat.

In beiden Fällen hast Du dann aber das Resultat, dass ich am Ende eine einzelne Variante durchsetzt, weil die Selektion nur die fitteste Variante übrig lässt. Das heißt: Wenn es mehrere Translationsvarianten gegeben haben sollte, lässt sich davon heute nichts mehr feststellen und rekonstruieren.

was Leben ist, soll mir mal einer beantworten

Leben ist aktive Entropietrennung. (Hatten wir schon einmal anderswo besprochen ...)

Viele Grüße!
 

Kibo

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Mir fehlt da nur der Bezug zum Anthropischen Prinzip.

Hallo Mahananda,

Egal wie unglaublich niedrig die Wahrscheinlichkeit zur Entstehung von Leben ist, es muss mindestens einmal entstanden sein, sonst könnten wir nicht hier sein.

Wikipedia schrieb:
Das anthropische Prinzip (von griechisch anthropos »Mensch«), kurz AP, besagt, dass das beobachtbare Universum nur deshalb beobachtbar ist, weil es alle Eigenschaften hat, die dem Beobachter ein Leben ermöglichen.
 

Dgoe

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Das dürfte schwierig werden, denn bei einer unabhängigen Entstehung von Translation hätten wir auch unterschiedliche genetische Codes, so dass Horizontaler Gentransfer mit nachfolgend gesteigerter Fitness beider Spezies ausscheidet.
Hallo Mahananda,

Ach so. Ich ging eigentlich davon aus, dass die zueinander passen würden, weil andere Varianten nicht so gut sind. Also dass auch der Code kompatibel ist...


Leben ist aktive Entropietrennung. (Hatten wir schon einmal anderswo besprochen ...)
Stimmt, diese Definition ist wahrscheinlich die Beste. :)

Gruß,
Dgoe
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

Also dass auch der Code kompatibel ist...

Die konkrete Zuordnung von Aminosäuren zu den RNA-Tripletts ist nicht auf chemische Übereinstimmungen zurückzuführen (also dass beides irgendwie aus chemischen Gründen, wie z.B. Molekülform o.ä., zueinander passen würde), sondern ist ein Zufallsfund, der später noch optimiert wurde, um fehlertoleranter zu sein.

Es ist daher wahrscheinlicher, dass bei einer eigenständigen zweiten oder mehrmaligen Entstehung von Translation andere Zuordnungen "zusammengewürfelt" werden, die ihrerseits gangbar sind, aber unserer Standardvariante nicht ähneln. Daher würde bei Zellen, die mit einer bestimmten Code-Variante funktionieren, bei einem versuchten Horizontalen Gentransfer etwas völlig anderes an Proteinen herauskommen als das, was das System der Zelle am Leben erhält. Solche Komplett-Mutationen wären mit Sicherheit letal.

Aus diesem Grund schließt man, dass das gegenwärtige Leben eine einzige gemeinsame Wurzel hat. Ob diese Wurzel das Resultat eines Verdrängungswettbewerbs mit anderen, eigenständig entstandenen "Lebenswurzeln" darstellt, oder ob es nur eine einzige Wurzel gibt, die sich bis heute fortgepflanzt hat, kann man wie gesagt aus der gegenwärtigen Perspektive heraus nicht rekonstruieren.

Viele Grüße!

P.S.: Auch an Kibo noch mal Danke für den klärenden Beitrag.
 

Dgoe

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Die konkrete Zuordnung von Aminosäuren zu den RNA-Tripletts ist nicht auf chemische Übereinstimmungen zurückzuführen (also dass beides irgendwie aus chemischen Gründen, wie z.B. Molekülform o.ä., zueinander passen würde)...

Hallo Mahananda,

vielleicht aber wegen anderen Tendenzen und nicht Formen, aber chemischen Reaktionen (und -abläufen) und einem regelrechten Netzwerk an Abhängigkeiten, die diese Version letztlich favorisiert.

Interessant dazu:

http://de.wikipedia.org/wiki/Genetischer_Code
Früher glaubte man, der genetische Code sei zufällig entstanden. Noch 1968 bezeichnete Francis Crick ihn als „eingefrorenen Zufall“.[7][8] Untersuchungen aus dem Jahr 2004 deuten jedoch darauf hin, dass er das Resultat einer strengen Optimierung hinsichtlich der Fehlertoleranz darstellt. Fehler sind besonders gravierend für die räumliche Struktur eines Proteins, wenn sich die Hydrophobie einer fälschlich eingebauten Aminosäure deutlich vom Original unterscheidet. Im Rahmen einer statistischen Analyse erweisen sich in dieser Hinsicht unter einer Million Zufallscodes nur 100 besser als der tatsächliche. Berücksichtigt man bei der Berechnung der Fehlertoleranz zusätzliche Faktoren, die typischen Mustern von Mutationen und Lesefehlern entsprechen, so reduziert sich diese Zahl sogar auf 1 von 1 Million.[9]
Was soviel heißt, dass die Aspekte der Fehlertoleranz schon sehr früh ins Spiel kamen.


Auch interessant, dass die am Energieaufwendigsten herzustellenden Aminosäuren von den wenigsten Tripletts repäsentiert werden, aber gut, das ginge auch mit anderen ursprünglichen Festlegungen.


Oder:

Die Codons sind den Aminosäuren nicht wahllos zugeordnet. Die beiden ersten Nukleotide eines Codons haben einen höheren Informationswert als das dritte, z.B. stehen GUU, GUC, GUA und GUG alle für Val. UC-reiche Codons (Tripletts) codieren für hydrophobe, AG-reiche für hydrophile Aminosäuren. Der genetische Code ist demnach als extrem konservativ einzustufen. QUELLE



Jedenfalls kann ich mir schon vorstellen, dass ab einer genügenden Menge an Kriterien die Auswahl immer kleiner wird.

Gruß,
Dgoe
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

wegen anderen Tendenzen ... die diese Version letztlich favorisiert.

Wenn, dann sind das unbekannte Tendenzen, denn bislang konnten noch keine Auswahlmechanismen festgestellt werden, die z.B. die einfachste Aminosäure Glycin auf das Triplett GGX zuordnen. Heute läuft die Zuordnung enzymatisch - also mit Hilfe von Proteinen. Zur Zeit der Entstehung der Translation gab es diese Proteine noch nicht, also muss die Zuordnung unter anderen Bedingungen erfolgt sein, die später durch Proteine übernommen wurden. Derzeit haben wir keinerlei Anhaltspunkte für die Rekonstruktion der Vorläuferbedingungen, auch wenn es einige Modelle gibt, die einige Präferenzen nahelegen.

Was soviel heißt, dass die Aspekte der Fehlertoleranz schon sehr früh ins Spiel kamen.

Zum einen das, aber zum anderen eben auch, dass der gegenwärtige Code eine optimierte Variante darstellt. Die Ausgangsbasis muss aber dennoch ziemlich robust gewesen sein. Und diese Ausgangsbasis stellt dann den "gefrorenen Zufall" dar. Die Chance, einen hinreichend robusten Code per Zufall zu finden, kann man nicht beziffern, aber wenn es bei 1 Million Zufallscodes lediglich 100 gibt, die ebenso robust oder besser als der Standardcode sind, kommen wir schnell in den Sub-Promille-Bereich - was die Chance einer funktionierenden Translation neben der benötigten Komplexität noch einmal erheblich in die Unwahrscheinlichkeit drückt.

Auch interessant, dass die am Energieaufwendigsten herzustellenden Aminosäuren von den wenigsten Tripletts repäsentiert werden, ...

Das deutet darauf hin, dass z.B. Tryptophan recht spät in die Translation integriert wurde, während andere, wie z.B. Glycin oder Alanin als einfachste Aminosäuren zum Kernbestand gehören.

Jedenfalls kann ich mir schon vorstellen, dass ab einer genügenden Menge an Kriterien die Auswahl immer kleiner wird.

Ja, damit verringert sich aber auch die Chance, einen geeigneten "gefrorenen Zufall" zu finden, wenn die Variantenauswahl stark eingeschränkt ist.

Insgesamt ist das alles sehr spekulativ. Denkbar ist eine Mehrfachentstehung von Translation natürlich, aber wie es um die Chancen bestellt ist, dass so etwas tatsächlich hätte stattfinden können - und wenn ja, welche heute noch nachweisbaren Spuren diese hinterlassen haben könnte - lässt sich derzeit nicht rekonstruieren. Vom Resultat her unterscheidet sich eine Einzelentstehung nicht von einer Mehrfachentstehung, weil die Selektion hier generalisierend wirkt - eine einzelne Standardvariante setzt sich letztlich durch und entfaltet sich in Gestalt der Organismenwelt. Aber gut, man kann ja mal ein wenig spekulieren ...

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

herzlichen Dank für die Kommentare. Spekulativ allemal, immerhin aber genau das Thema, siehe Thread-Titel.

Mir ist bei der Gelegenheit unklar, wie das Folgende zu verstehen ist:
Bisher sind 23[1] proteinogene Aminosäuren bekannt, das Spektrum der Klasse der Aminosäuren geht aber weit über diese hinaus. So sind bisher 400 nichtproteinogene natürlich vorkommende Aminosäuren bekannt, die biologische Funktionen haben. QUELLE wikipedia
Das wären also 423 natürliche vorkommende Aminosäuren, die biologische Funktionen haben, davon 23 proteinogene Aminosäuren (davon 20 Standard).

Und alle anderen sind synthetisch oder theoretisch, oder wie? Was ist mit natürlich vorkommenden Aminosäuren, die keine biologische Funktionen haben? Gibt es sowas?

Weitere Frage wäre, ob man sich extrem stilisierte "Translationen" vorstellen kann, mit nur max. 4 codierten Aminosäuren und/oder alternativ mit max. 16?
Hatten wir schon mal?

Gruß,
Dgoe
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

Und alle anderen sind synthetisch oder theoretisch, oder wie?

Das steht im folgenden Satz:

Wikipedia schrieb:
Die Anzahl der synthetisch erzeugten und die der theoretisch möglichen Aminosäuren ist noch erheblich größer.

Außerhalb von Organismen gibt es keine natürlich vorkommenden Aminosäuren - zumindest keine, die nicht auch in Organismen vorkommen (dazu zählen dann auch die, die in Meteoriten gefunden wurden).


Gute Frage. Ich denke, zumindest als Zwischenprodukt in biochemischen Reaktionen haben auch seltene Aminosäuren eine - wenn auch rudimentäre - biologische Funktion. Ibotensäure z.B. bildet den Hauptbestandteil des Fliegenpilzgiftes und reichert sich bevorzugt in und unter der roten Huthaut an. Beim Trocknen zersetzt es sich zu Muscimol (unter Abgabe von CO2), welches dann für die beschriebenen deliranten Wirkungen von Fliegenpilzen verantwortlich ist. Also auch als Rauschmittel lassen sich Aminosäuren verwerten ... ;)

extrem stilisierte "Translationen"

Schon möglich, wenn man Stoffwechselprozesse einbezieht, die im Umfeld der vier bzw. 16 Aminosäuren, die codiert werden, noch andere, ähnliche mit synthetisieren, so dass die Beladung der tRNA noch nachträglich modifiziert werden kann. Die Koevolutions-Hypothese von Wong z.B. stellt Beziehungen zwischen Stoffwechselwegen und Codon-Belegungen her, die auf eine schrittweise Erweiterung eines Ur-Codes mit wenigen Aminosäuren hindeuten. Aber auch diese Hypothese ist auf das Vorhandensein eines sehr komplexen Stoffwechselsystems angewiesen, um überhaupt erst einmal in Gang zu kommen.

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

[okay, erst mal 'nen Pilz werfen. *schlechter scherz*, @all bloß nicht, sch... zeug, lebensgefährlich.]

Generell, ich muss mal sagen, ich bin echt happy, dass Du da bist - natürlich wie auch bei anderen Fragen zur Physik oder Mathematik, wo hier viele helfen können und es auch tun. Eben zu Dingen wofür man sich interessiert. Spitzenforum.

Ich hab aber noch eine Frage (oder mehr als eine), wozu ich nicht ganz so einfach Antworten finden konnte. Hoffe es wird nicht langsam lästig:

Gibt es irgendetwas, was die proteinogene Aminosäuren von den anderen 400 unterscheidet? Also abgesehen von der entdeckten Relevanz des (unseren) Codes. Sprich chemischer Natur, was zeichnet sie sonst aus, nix, oder sind da gemeinsame Merkmale?

Ist ergo anzunehmen, dass absolut jede Aminosäure, auch die synthetischen und hypothetischen/theoretischen Aminosäuren biologisch Einfluss hätten?

Letztlich frage ich mich, wieso/warum Nukleinsäuren auf die Idee kommen Aminosäuren zu codieren? Meine Vermutung, einfach weil es möglich ist, bedingt durch Kohlenstoff, der so viele, irrsinnig viele Möglichkeiten für Moleküle bereit hält, kommt es zur Selbstorganisation irgendwann...

Aber, das geht doch nicht gleich von Null auf Hundert, wofür auch die Beobachtung spricht (oben erwähnt), dass Energieintensive Prozesse weniger bedacht worden sind, aus heutiger Analyse des Ist-Zustands. Was auch perfekt zur Physik passt, Stichwort ähm .... 'Energiesparend', sorry fällt mir gerade nicht ein wie das heißt, jedoch immer so.

Halt wie Wasser, sucht sich immer den günstigsten direkten Weg nach weiter unten...

So entsprechend die Ursprünge ebenso ursprünglich einfacher gestrickt waren, schnelle Resultate, bis ein neues Problem umschifft werden musste - usw. - und dadurch an Komplexität gewann. Also, die anderen (ohne) sind kaputt gegangen, Evolution eben auch dort.

Auf den Code (mit 4 Nukleinsäuren) bezogen, erst (1buchstabig) entspricht 4 möglichen Aminosäuren, dann (2) 16, dann (3) 64.

Aber waren vielleich auch vorher nur 3 oder 2 Nukleinsäuren im Spiel. Aber erst richtig stabil losgehen tut es ab der Komplexität der heutig noch etablierten Form.

Trotzdem ging es ganz sicher kleiner los, nur brachte nicht viel.

Daher denke ich, die Auswahl des Codes ist kein Zufall und zu keinem Zeitpunkt ein Eingefrorener gewesen, das hat sich gesteigert einfach, bis zum Durchbruch.

(Wenn Wasser den Abfluss gefunden hat, ist kein Halten mehr.)

Und genau dies alles wird sich in Einzelteilen aberzigquadrilliardenfach abgespielt haben über Millionen- bis Milliardenjahre- Zeiträume und zahlose Lokalitäten. Auf der Erde, wo die Rahmen-Bedingungen gegeben waren in sehr vielen Regionen.


Beweise/Nachweise hin oder her, ich persönlich kann es mir besser vorstellen, dass es auf nahezu zahllos viele Weisen hier und da zeitlich versetzt dazu kam. Nicht nur einmal, das ist nur das bewiesene Minimum.

Gruß,
Dgoe
 
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Dgoe

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Also,

auch bei 100 von Millionen, oder gar 1 zu Millionen. Der nahezu optimale Code ist, wenn öfters enstanden (bzw. übrig geblieben), vielleicht immernoch in unzähligen, nicht mehr ganz so vielen Varianten dennoch oft entstanden.

Diese optimierten sich, bei massenhafter Entstehung rund um den Globus - irgendwann begegnet und haben sich gegenseitig verarbeitet villeicht. Aber jene, die zueinander kompatibel waren, haben dann auch quer austauschen können.

Entscheidend ist dabei, dass man es nicht ausschließen kann.

Wie Ralf erzählt hat, es gibt hauptsächlich 3 "Zahlen". Null, Eins und Unendlich.
Null kommt hier nicht in Frage, siehe ant. Prinzip. Eins ist gesichert, mehr aber auch nicht. Weder bei uns! Noch anderwo.

Gruß,
Dgoe


P.S.:
In 0,3 Kubikmeter Erdreich befinden sich:
2,5 Billionen Mikroorganismen QUELLE
BILLIONEN, heute. In der Dimension darf man sich auch die Entwicklungsmöglichkeiten damal vorstellen, nahezu unendlich...
 
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ralfkannenberg

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Wie Ralf erzählt hat, es gibt hauptsächlich 3 "Zahlen". Null, Eins und Unendlich.
Hallo Dgoe,

das stammt von Alan Guth und er bezog sich dabei auf die Kosmologie und auf eher grobe Abschätzungen.
Als Mathematiker huldige ich da eher dem Gott der Peano-Axiome und als Algebraiker dem Gott der Quotientenkörper-Bildung.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

Gibt es irgendetwas, was die proteinogene Aminosäuren von den anderen 400 unterscheidet?

Unterschiede gibt es a) in den Seitengruppen, b) in der Chiralität und c) in der Position der Aminogruppe.

Zu a) Ornithin ist eine typische L-Alpha-Aminosäure, die stark dem Lysin ähnelt, (hat nur eine Methylgruppe CH2- in der Seitengruppe weniger) aber nicht codiert wird.

Zu b) D-Phenylalanin unterscheidet sich von der codierten Aminosäure L-Phenylalanin durch die Ausrichtung der Aminogruppe. D-Phenylalanin wird z.B. von Bakterien mit Hilfe eines Enzyms (Racemase) aus der L-Form in die D-Form umgewandelt und dann u.a. in das Peptid Gramicidin S verbaut.

Zu c) GABA (Gamma-Amino-Buttersäure) ist ein wichtiger Neurotransmitter, bei der sich die Aminogruppe nicht am ersten C-Atom nach der COOH-Gruppe befindet (dem Alpha-Atom), sondern erst am dritten C-Atom (dem Gamma-Atom).

Ist ergo anzunehmen, dass absolut jede Aminosäure, auch die synthetischen und hypothetischen/theoretischen Aminosäuren biologisch Einfluss hätten?

Nein. Die D-Aminosäuren z.B. werden von unserem Stoffwechsel überhaupt nicht verwertet. [EDIT: Das stimmt so nicht. Auch D-Aminosäuren haben auf unseren Stoffwechsel Einfluss!] Und Aminosäuren mit Cyangruppen in der Seitenkette könnten sogar giftig sein - na gut, das wäre dann doch ein biologischer Einfluss ...

Letztlich frage ich mich, wieso/warum Nukleinsäuren auf die Idee kommen Aminosäuren zu codieren?

Das liegt an der Möglichkeit der komplementären Basenpaarung. Ohne diese wäre Translation nicht möglich, denn die beladenen tRNA docken an die mRNA über die komplementären Basen des jeweiligen Tripletts an. Die Verknüpfung der Aminosäuren zur Peptidkette hat jedoch mit der Basenpaarung nichts zu tun, obwohl im Ribosom diese Arbeit (Peptidyltransferase) über RNA erfolgt und nicht über Proteine.

Trotzdem ging es ganz sicher kleiner los, nur brachte nicht viel.

Der Translationsmechanismus ist das eine und die Codierung das andere. Eindeutigkeit konnte sich erst herausbilden, nachdem der Translationsmechanismus gefunden war. Die translatierten Zufallsproteine mussten dann irgendwie passen, damit sie Aminosäuren mehr oder weniger eindeutig an die Vorläufer der heutigen tRNA's zuordneten und banden. Und die dann neu translatierten Sequenzen mussten wiederum etwas besser für die Zuordnung geeignet sein, so dass noch größere Eindeutigkeit die Folge war. Die Selektion musste bei all dem genügend Komplexität übrig lassen, damit a) der Mechanismus nicht kollabierte und b) gangbare Sequenzvarianten konserviert werden konnten. Alles in allem eine recht heikle Angelegenheit ...

Daher denke ich, die Auswahl des Codes ist kein Zufall und zu keinem Zeitpunkt ein Eingefrorener gewesen, das hat sich gesteigert einfach, bis zum Durchbruch.

Das ist das Henne-Ei-Problem, das Koonin angesprochen hatte: Damit ein Durchbruchs-System entstehen konnte, musste es hinreichend stabile Sequenzen geben, die dann den Translationsmechanismus entstehen ließen. Andererseits setzen stabile Sequenzen eine hinreichend genaue Form von Translation voraus. Der Grad der Komplexität, der notwendig war, schließt eine gewisse Robustheit des Codierens (hier also der Zuordnung von Aminosäuren zu Prä-tRNA's) mit ein. Allerdings entsteht hier die Frage, worin der selektive Wert bestanden haben soll, wenn es zuvor noch keine Translation gab. Diese Überlegung unterstreicht den Zufalls-Charakter der Entstehung der Translation - und spricht damit eher gegen eine spontan entstehende Dutzendware.

Entscheidend ist dabei, dass man es nicht ausschließen kann.

Na gut, aber das trifft auf so ziemlich alles zu, was man sich ausdenken kann ... ;)

In der Dimension darf man sich auch die Entwicklungsmöglichkeiten damals vorstellen, nahezu unendlich...

Was die schiere Masse an Kohlenstoffverbindungen betrifft, vielleicht, aber was die Stoffwechselvielfalt betrifft, wohl eher nicht, denn die meisten Reaktionsräume dürften sich in weniger komplexen Reaktionsnetzwerken erschöpft haben als die, die für die Entstehung der Translation notwendig wären. Immerhin könnten aber viele dieser Reaktionsräume die benötigten Monomere bereitgestellt haben, bevor sie z.B. über Meeresströmungen in die Uferräume verbracht wurden, wo sie zu größerer Komplexität hochwuchsen.

Viele Grüße!
 
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Dgoe

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Hallo Ralf,

ach so, ich vermisse da auch die 42 von Douglas Adams. Die lag Alan Guth vielleicht nur noch nicht vor, andererseits ist sie sowieso übergeordnet und erklärt die Entstehung des Lebens und allem auch spielend!

Gruß,
Dgoe
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

Unterschiede gibt es a) in den Seitengruppen, b) in der Chiralität und c) in der Position der Aminogruppe.
Danke für alle Erläuterungen und auch die Details zu diesem Punkt. Mit anderen Worten, durch eine (oder mehrere) Eigenschaft(en) unterscheiden sich 20-23 Aminosäuren von den restlichen 400, so dass sie dadurch prädestiniert waren und nicht etwa nur willkürlich aus dem Fundus von 423 Stück ausgewählt/auserwählt wurden.
Da ja damals kein "Ältestenrat" tagte, der per Beschluss die Weichen stellte, nehme ich an, dass etliche Kombinationen stattfanden, während sich herausgestellt hatte, dass mit diesen Kandidaten mehr möglich war, auf Grund dieser Eigenschaften, sozusagen.


Nein. Die D-Aminosäuren z.B. werden von unserem Stoffwechsel überhaupt nicht verwertet. [EDIT: Das stimmt so nicht. Auch D-Aminosäuren haben auf unseren Stoffwechsel Einfluss!] Und Aminosäuren mit Cyangruppen in der Seitenkette könnten sogar giftig sein - na gut, das wäre dann doch ein biologischer Einfluss ...
Also dann doch, mehr oder weniger!?
Ich finde diesen Aspekt nicht ganz unwichtig, um sich ein Bild der Zusammenhänge zu machen - wovon ich nur noch leider sehr sehr weit entfernt bin...

Ich kann ja nicht mal eben Biochemie studieren an einem verregneten Nachmittag, dennoch interessant mal als interessierter Laie zu versuchen einen Blick hinter die 'Kulissen' zu werfen. Meine Hoffnung, dass es bei den Anfängen noch relativ übersichtlich zuging, stellt sich nur immer mehr als trügerisch heraus.


Das liegt an der Möglichkeit der komplementären Basenpaarung.
Ja das. Zufällig hatte ich mir vor ein paar Tagen mal eine Grafik genauer angesehen. Links war ein Pyramidin (sorry, Pyrimidinring), rechts davon C, T, darunter A, G. Nur außer den Bezeichnungen kein Text, da nur ein Goggle-Bildersuche-Treffer. Dafür habe ich mir die Details ziemlich lange angeschaut und versucht Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu sortieren.

Auffällig war, dass Pyrimidin als Grundform bei allen 4 wiederzufinden war und die Komplexität in Leserichtung zunahm. Es fehlten nur Angaben, welche als Päärchen fungieren und so wie die angeordnet waren, entsprach nicht meiner vagen Erinnerung dazu. Dies wollte ich erraten (was mir aber nicht glückte), bevor ich nachblättere.
Die unteren beiden waren komplexer, an dem Pyrimidin noch ein kleiner Ring zusätzlich (zusammen Purinring?). Eines von den beiden oben (das linke) hatte NH[SUB]2[/SUB] anstatt O, und eines von beiden unten (das linke) auch, sehr auffällig ebenso.

Letzlich hatte ich sie nach Gemeinsamkeiten gepaart, was genau falsch herum war, die Unterschiedlichsten passten zusammen, in dem Fall über kreuz. Im Nachhinein erscheint es mir sogar logisch, besonders wenn ich mir ansehe, wie sie verknüpft sind, dann erst recht. Die zusätzliche N..H..N - Verbindung ebenso einleuchtend, vorher komplementär, hier NH, dort N.

Bei der Gelegenheit habe ich mir eine Merkregel überlegt: Wenn man A, C, G, T alphabetisch sortiert, dann gehören jeweils die Inneren und die Äußeren zusammen! :)

Im Endeffekt habe ich auch eine Überlegung wieder verworfen, dass ein Code nur mit einem Päärchen, also nur 2 "Buchstaben" evtl. mal existiert haben könnte - wozu auch immer. Denn aufgrund des Aufbaus wäre das andere Päärchen bestimmt auch in der "Nähe", in der Umgebung... und damit wohl auch beteiligt am Geschehen.

Zu Deinem restlichen Beitrag komme ich momentan zeitlich nicht, obwohl vielleicht der spannendste Teil, auch habe ich mir noch kaum weitere Gedanken dazu gemacht. Kann man natürlich auch alles einfach mal so stehen lassen, sehr interessant allemal.

Gruß,
Dgoe
 
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Dgoe

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+
Da hier gerade noch etwas Platz ist.

Weiter oben hast Du differenziert zwischen Code und Translation, was mir zwar schon klar ist, dennoch zusammengehörend, zusammen entstanden, oder?

Es ist ja nicht nur etwa wie das Henne-Ei-Problem, es ist das Henne-Ei-Problem selber, zurückverfolgbar bis zu diesem Punkt - womit in seiner Totalität ungelöst ist.


Zu den Ansätzen zählt bestimmt, dass man zu erörtern versucht, welche maximalen (komplexesten) Bausteine und derlei unabhängige Prozesse vorher schon zugegen waren, gewesen sein könnten.
Wenn man auf Ebene der Atome, diese aneinander verbringt und so zu Molekülen aufbaut, usw., dann ist das zwar nicht verkehrt und sogar wichtig, aber zu rudimentär, schnell vollkommen unübersichtlich, für den weiteren Verlauf.

Man könnte doch hingehen und den ganzen komplexen Protagonisten auch einen Vornamen zuweisen, anstatt den üblichen Bezeichnungen. Zum Beispiel Henry und Bert können dies und jenes und gehören zum Team XY, usw. Die ganze Firma sucht nach einem neuen Produkt und alle tüfteln rum. Wer-wie-was-mit-wem steht auf der Tagesordnung...

Oder man füttert einen Super-Computer mit dem allen und wartet... (und wartet... und kriegt als Antwort: 42 *scherz*).

Also, wenn ich zum Beispiel hingehe und 2 unterschiedliche Gruppen auf den Tisch lege, sagen wir 20 Klötzchen verschiedener Stahllegierungen und einen Haufen Klötzchen aus 4 unterschiedlichen Kunststoffen, dann kann ich sicher ewig warten, dass was passiert, ganz zu schweigen davon, dass die Eine die Andere kodiert.

Grins. :D

Die ganzen Interaktionsmöglichkeiten stehen im Vordergrund, während die Eigenschaften zweitrangig sind, auch wenn dem zugrunde liegend: was geht, was geht nicht? Wer kann was mit wem...

Jedenfalls hat die Firma Erfolg gehabt, sogar ganz ohne Geschäftsführer. Was letzteres sicher streitbar ist, ich sag mal der war weg, nicht da.

Gruß,
Dgoe
 
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Mahananda

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Hallo Dgoe,

Mit anderen Worten, durch eine (oder mehrere) Eigenschaft(en) unterscheiden sich 20-23 Aminosäuren von den restlichen 400, so dass sie dadurch prädestiniert waren und nicht etwa nur willkürlich aus dem Fundus von 423 Stück ausgewählt/auserwählt wurden.

Nein, das kann man so nicht sagen. Hinsichtlich der Chiralität wurden L-Aminosäuren selektiert und nicht D-Aminosäuren. Hinsichtlich der Position der Aminogruppe wurden Alpha-Aminosäuren selektiert und nicht Beta- oder Gamma-Aminosäuren. Die Gründe sind offensichtlich: Nur mit L-Alpha-Aminosäuren lassen sich Proteine bauen, die sich in die passende Form falten. Abweichende Aminosäuren führen zu Störungen in den Alpha-Helices (Alpha-Helix-Struktur) bzw. in den Beta-Faltblatt-Strukturen. Diese beiden Sekundärstrukturen sind aber wichtig, um über Kombinationen nach Modul-Art die zum Funktionieren nötigen Tertiärstrukturen bzw- Quartärstrukturen zu bilden (Proteindomänen).

Das Beispiel Ornithin zeigt aber im Vergleich zum ähnlichen Lysin, dass die Auswahl der Seitengruppen vom Zufall abhingen. Ebenso ist der Einbau von Tryptophan in den genetischen Code schwerlich auf ein besonders spezifisches Funktionieren zurückzuführen, denn z.B. Phenylalanin hat ebenfalls eine Aromatenstruktur in der Seitengruppe und ist ebenfalls stark hydrophob. Es hätten also noch andere Aminosäuren mit anderen Seitengruppen zur Verfügung gestanden, um Proteine zu bilden. Ein weiteres Beispiel ist Prolin, welches als einzige Iminosäure eine Ringstruktur aufweist und somit sehr starr ist. Denkbar wären weitere Iminosäuren. Denkbar wären auch Aminosäuren mit einer an den Aromatenring angehefteten Aminogruppe oder Säuregruppe. Die Aminosäure Tyrosin hat an den Aromatenring eine Hydroxylgruppe angeheftet - diese Struktur wäre also gangbar gewesen.

Also dann doch, mehr oder weniger!?

Vielleicht doch eher weniger als mehr, denn die Beeinflussung des Stoffwechsels durch D-Aminosäuren deckt ja nicht das gesamte Spektrum ab, sondern nur einige wenige. Die meisten haben keine physiologische oder gar pathologische Bedeutung. Sie werden entweder abgebaut und in andere Moleküle umgewandelt oder als Harnstoff ausgeschieden.

Meine Hoffnung, dass es bei den Anfängen noch relativ übersichtlich zuging, stellt sich nur immer mehr als trügerisch heraus.

Solange man den roten Faden nicht verliert, geht es schon ... ;)

Im Nachhinein erscheint es mir sogar logisch, besonders wenn ich mir ansehe, wie sie verknüpft sind, dann erst recht.

Die Basenpaare entstehen durch das Zusammenpassen von NH2-Gruppe (Aminogruppe) einerseits und O=Gruppe (Ketogruppe) andererseits. Adenin paart sich also mit Uracil bzw. Thymin, weil letztere zwei Ketogruppen haben, von denen die obere mit der Aminogruppe des Adenins eine Wasserstoffbrücke bildet. Guanin hat oben eine Ketogruppe und unten eine Aminogruppe, also passt nur Cytosin, was oben eine Aminogruppe hat und unten eine Ketogruppe. Hier entstehen zwei Wasserstoffbrücken, was diese Bindung stabiler macht. Beide Basenpaare haben in der Mitte noch eine weitere Wasserstoffbrücke zwischen den Ringstrukturen, also zwischen Purin (bei Adenin bzw. Guanin) und Pyrimidin (bei Uracil/Thymin bzw. Cytosin).

Wenn man A, C, G, T alphabetisch sortiert, ...

Ja, das klappt auch bei RNA. Dort wird aus dem T ein U.

dass ein Code nur mit einem Päärchen, also nur 2 "Buchstaben" evtl. mal existiert haben könnte

Das lässt nicht viel Spielraum für die Belegung mit Aminosäuren, denn aus stereochemischen Gründen gehen nur Tripletts, damit sich tRNA's an einen mRNA-Strang anlagern können. Längere Anticodons mit vier oder fünf Basen sind zu stark verdreht, um Wasserstoffbrücken zu bilden. Also bleiben nur 2^3 Varianten frei - gerade mal acht. Zieht man eine Belegung als Stoppsignal ab, verbleiben gerade mal maximal sieben Aminosäuren. Die fehlende Redundanz zieht dann eine größere Fehleranfälligkeit nach sich. Größere Redundanz reduziert die Zahl der codierbaren Aminosäuren dann auf maximal vier - also viel zu wenig für leistungsfähige Proteine. So ein Code wäre nicht evolutionsfähig und stellt eine Sackgasse dar.

Die ganzen Interaktionsmöglichkeiten stehen im Vordergrund, während die Eigenschaften zweitrangig sind, auch wenn dem zugrunde liegend: was geht, was geht nicht?

Sicher. Man muss immer das gesamte Stoffwechselsystem im Blick haben, wenn man über gangbare Prozesse nachdenkt.

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

prima, vielleicht finden wir noch des Rätsels Lösung hier, ...die Hoffnung stirbt zuletzt. Problematisch scheint mir nur der rote Faden, der scheint mir eher langsam orange nur noch...

Gruß,
Dgoe
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

letzter Beitrag natürlich eher scherzhaft zu verstehen, halt ohne die Markierung *scherz* - die Problematik(en) genauer zu skizzieren, aber durchaus auf einem guten Weg, meine ich.

Mit Orange meinte ich, dass ich meine liebe Mühe habe, nicht etwa als Kritik.
Erfreulich obendrein, dass das Titelthema voll mitspielt, was nicht immer ganz so war in letzter Zeit, bei meinen Threadbeteiligungen.


Zum Thema selber:
wenn denn nun das mit den Aminosäuren doch etwas umfangreicher zu kategorisieren ist, dann vielleicht - spekulativ:
Kam der Code gleich oder ziemlich schnell mit 64 Möglichkeiten daher - alles andere finde ich persönlich nun unwahrscheinlicher, dann: Dann hat er aber vielleicht nicht gleich alle 20-23 kodiert, sondern nur viel weniger, mit dementsprechend mehr Doppelbelegungen (X-Fachbelegungen)? Kann doch sein!?

Mit der Zeit erst ergab sich mehr und geriet an Grenzen. Was die wenigen Abweichungen/Unterschiede auch erklären könnte. Vielleicht hatten es auch einige Derivate mal mit mehr codierten Aminosäuren versucht, also ein paar Doppel/Mehrfachbelegungen dafür geopfert - und haben das nicht lange überlebt. Zu wichtig diese Anordnung für ein Gleichgewicht zwischen Kopierfehlervermeidung und flexible Mutation/Anpassung...

Holzweg?

Vielleicht sollte ich auch mal sagen, worauf ich hinaus will konkret. Ganz einfach: An jeglich denkbaren Stelle das System zu vereinfachen einfach, einfach einfacher. Damit die Bombe der Translation etwas weniger explosiv daherkommt.

Wie Du siehst, vermeide ich sie ja auch selber anzusprechen. Ich möchte mich aber auch noch mit der letzten Hälfte Deines vorletzten Posts beschäftigen und den schönen neuen Links - nur heute nicht mehr.

Gruß,
Dgoe
 

Dgoe

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+
Argh, dann kam der Code aus 4 Buchstaben dann vielleicht doch anfangs rudimentär mit einem Duplett (?) aus, Triplett erst später. Dann aber ist der Übergang von 2 zu 3 sicher problematisch gewesen, völliges Chaos - auch nicht gerade probabel. Aber: Wenn die 2er-Varianten untergehen, die neuen 3er-Varianten länger durchhalten, warum nicht? wären dann trotzdem die 3er aus den 2ern hervorgegangen. Translation entsprechend mitgeführt.

Auch Holzweg?

Gruß,
Dgoe
 

Dgoe

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Hey, sorry, noch'n Post.

Angenommen mit einem kleineren Set an Aminosäuren ist was machbar - das/was ist ja überhaupt noch die Frage, dann aber war das ein Vorläufer, ohne Frage. Nur wenn da gar nichts groß mit machbar war, dann hat es diesen Vorläufer genau so lange gegeben, wie er vergangen war, sozusagen, wie gekommen, so zerronnen.

Jedoch sind solche Überlegungen in dem Fall auch nicht unnütz, finde ich. Die Natur ist alles durchgegangen, wenn auch mal hurtig, ist nicht einfach so blitzartig auf eine funktionstüchtige Lösung gekommen. Denke ich.

Gruß,
Dgoe
 
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