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A8. Protozellen - Biologie

A8. Protozellen - Biologie



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Irgendwann muss frühes genetisches Material in membranöse Vesikel eingekapselt worden sein. Würden aus dieser Mischung neue Eigenschaften hervorgehen, die einen (evolutionären) Wettbewerbsvorteil gegenüber einer der beiden Komponenten allein haben und somit ein Schritt auf dem Weg zur Bildung einer "lebenden" Zelle wären? Die Antwort scheint ja zu sein. Um diesen Stress abzubauen, könnten sie Fettsäuren aus anderen Fettsäurevesikeln (oder Fettsäuremicellen) aufnehmen, ihre Oberfläche vergrößern und gleichzeitig die Spannung in der Membran verringern.

Ölsäurevesikel wurden zuerst unter Stress gesetzt, indem 1 M Saccharose in das Vesikel eingekapselt und dann in hypotonischem Medium verdünnt wurde. Wasser würde in das Vesikel eindringen und es anschwellen lassen (jedoch ohne zu platzen und wieder abzudichten, wie aus Kontrollexperimenten ersichtlich). Dann stellten sie gestresste und ungestresste Ölsäurevesikel in Gegenwart von zwei unpolaren Fluorophoren her, NBD-PE (Anregung bei 430 nm, Emission bei 530 nm) und Rh-DHPE (Emission bei 586 nm). Diese Fluorophore wurden für Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfermessungen ausgewählt. Wenn sich die Größe der Membranvesikel ändert, ändert sich das FRET-Signal, basierend auf der relativen Konzentration und Nähe der dualen Fluorophore. Wenn die Trennung zwischen den Sondenmolekülen zunimmt, würde das FRET-Signal abnehmen. Umgekehrt würde das FRET-Signal zunehmen, wenn das Vesikel schrumpfte.

Die Ergebnisse, die die Wirkung der Zugabe von unmarkierten gequollenen Vesikel zu markierten normalen Vesikeln und markierten gequollenen Vesikel zu unmarkierten normalen zeigen, sind unten gezeigt. Die Oberfläche normal markierter Vesikel nahm um etwa 25 % ab, wenn unmarkierte gequollene Vesikel zugegeben wurden, jedoch nicht, wenn unmarkierte normale Vesikel zugegeben wurden. Markierte geschwollene Vesikel nahmen nur um 25 % zu, wenn sie mit unmarkierten normalen Vesikeln vermischt wurden, nicht mit unmarkierten geschwollenen Vesikeln. Daher gewinnen geschwollene Vesikel die Konkurrenz und "stehlen" Lipid von normalen Vesikeln.

Was ist nun mit Vesikel, die mit eingekapselter RNA angeschwollen sind? RNA mit ihrer zugehörigen Ladung und geladenen Gegenionen übte ebenfalls einen osmotischen Stress auf die Vesikel aus. FRET-Markierungen (die beiden Fluorophore) wurden in Vesikel ohne RNA platziert. Fettsäuren wurden aus isotonisch markierten Vesikeln in Gegenwart von unmarkierten tRNA-geschwollenen Vesikeln entfernt (linkes Feld unten). Mit Glycerin gequollene markierte Vesikel nahmen Fettsäuren aus ungequollenen Vesikeln (ohne tRNA) auf, aber nicht aus mit tRNA gequollenen Vesikeln, da beide angeschwollen waren, so dass kein Nettoantrieb zur Verringerung der Schwellung durch Lipidaustausch vorhanden war.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Vesikel mit eingekapselter RNA einen kompetitiven (evolutionären) Vorteil gegenüber normalen Vesikel haben. Diese Daten legen nahe, dass es für die Protozelle tatsächlich von Vorteil ist, ein Polyanion als Quelle des genetischen Materials zu haben. Darüber hinaus kann der Wechsel in modernen Membranen zu Phospholipiden mit veresterten Fettsäuren (anstelle von freien) tatsächlich stabilisierte Membranen haben, da die freien Fettsäuren zu verschiedenen Membranen wandern.