Was könnte als Alternative zu ATP in der borbasierten Biochemie verwendet werden?

Ich habe eine Lebensform geschaffen, die auf dem Element Bor basiert. Als Ersatz für DNA verwendet es stattdessen Diborane als Baustein. Ich bin jedoch auf ein Problem gestoßen, das ich anscheinend nicht umgehen kann. Dieses Problem ist, was würden diese Borzellen verwenden, um Energie zu gewinnen?

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Die Atmosphäre des Planeten, auf dem diese Kreatur lebt, reduziert sich stark. Das bedeutet, dass die meisten Oxidationsmittel in Bindungen mit anderen Elementen eingeschlossen sind. Diese Kreatur atmet hauptsächlich Methan ein, um chemische Reaktionen in einem Prozess der Zellatmung anzutreiben, der so aussieht.

4CONHNH 2 NOHN 2 + 22CH 4 = 20NH 3 + 11C 2 H 4 + 4CO 2

Methan wird zum Abbau einer Carbohydrazid ähnlichen Chemikalie verwendet und in Ammoniak, Ethylen und Kohlendioxid umgewandelt.

In der kohlenstoffbasierten Biochemie stammt die Energie, die diesen Prozess ermöglicht, von ATP, das im Prozess der Hydrolyse abgebaut wird und der Zelle Energie gibt. ATP basiert jedoch hauptsächlich auf Kohlenstoff und Sauerstoff, wovon diese auf Bor basierende Lebensform nicht viel hat. Was könnten diese auf Bor basierenden Kreaturen mit diesem Wissen als Alternative zu ATP verwenden?

Hat Ihre Lebensform zufällig Zugang zu anderen Elementen als den von Ihnen erwähnten?
Ja, es hat die meisten Elemente, die wir auf der Erde haben. Die einzigen Elemente, die nicht im Überfluss vorhanden sind, sind übliche oxidierende Elemente. Wie Sauerstoff, Fluor, Chlor, Brom und Jod. Alle diese Elemente sind meist mit anderen Elementen verbunden.
Das Leben auf diesem Planeten wird höchst außergewöhnlich sein. Jegliches Wasser oder Sauerstoff muss vom Diboran ferngehalten werden, ebenso wie Ammoniak und Ethylen, da sie ebenfalls damit reagieren. Carbohydrazid kann auch explodieren, wenn es erhitzt wird. Viel Glück.
Sie haben eine auf Bor basierende Biochemie, in der die Organismen Ammoniak atmen. Das Problem dabei ist, dass Stickstoff reich an Einzelpaaren ist, die gerne die leeren Orbitale füllen würden, die in Diboran zurückbleiben. Außerdem ist Bornitrid eine sehr harte, diamantähnliche Substanz, die eine Senke wäre, die Ihre Biochemikalien aus der Atmosphäre entfernt.

Antworten (3)

Der wichtige Teil von ATP für die Energiespeicherung ist nicht der kohlenstoffbasierte Teil, sondern die Phosphatkette. Der Adenosinteil ist im Wesentlichen eine Nukleobase (Adenin), die an einen Zucker gebunden ist – dh ein Fragment eines RNA-Moleküls. Das ist ein ziemlich verdächtiger Zufall, oder? Es scheint wahrscheinlich, dass ATP aus der alten Verwendung von RNA als Katalysator, analog zu Proteinen, zusätzlich zu einem Informationsträger stammt.

Was wäre also das analoge, allgegenwärtige strukturelle Basismolekül in Ihrer Bor-Biochemie? Ich würde entweder eine Nukleobase oder ein Aminosäureäquivalent (oder etwas, das beides sein kann, wie Adenosin) auswählen und einfach eine Phosphatkette daran kleben.

Bearbeiten: Eine reduzierende Umgebung sollte kein Problem für die Entwicklung von Phosphatketten sein ... aber ein allgemeiner Mangel an Sauerstoff oder Wasser für hydrolytische Energiereaktionen ist es wahrscheinlich!

Diese Kreaturen haben jedoch viel Ammoniak zur Verfügung, und -NH-Gruppen sind isoelektronisch mit -O-Gruppen, also ... Dies ist erheblich spekulativer, aber eher als HPO3-Gruppen mit einem OH-Ende, vielleicht P(NH)2 (NH2)-Gruppen mit einem -NH2-Terminus.

Das Ammoniakäquivalent der ATP-Hydrolyse und Dehydratisierungssynthese wäre:

(NH2)-P(NH)(NH2)-(NH)-P(NH)(NH2)-(NH)-R + NH3 <-> P(NH)(NH2)3 + (NH2)-P(NH). )(NH2)-(NH)-R

Wo R irgendein "organisches" Basismolekül ist, müssen Sie diese Phosphorketten herumtragen.

In einer reduzierenden Umgebung ist oxidierter Phosphor möglicherweise nicht so stabil. Aber OP sagte, er verwende Diboran als Baustein, also ist eine Art polysubstituiertes Diboran das ATP-Äquivalent, das Sinn macht.
@Willk Die Erdatmosphäre reduzierte sich zu der Zeit, als sich ATP entwickelte, daher scheint mir das kein großes Hindernis zu sein.

2 Kohlenstoffmoleküle.

@ Logan R. Kearsleys Idee, eine Seite aus Ihrer eigenen fiktiven Biochemie zu nehmen, ist sinnvoll. Hier ist eine weitere Idee, die für Leser mit nur Highschool-Chemie sinnvoll sein wird.

Kohlen https://brilliant.org/wiki/common-types-of-organic-reactions/

Die Idee mit ATP ist, dass es Energie braucht, um diesen Phosphor hinzuzufügen, und dass es Energie liefert, wenn Sie es freisetzen: Energiewährung.

Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen sind auf die gleiche Weise. Es braucht Energie, um diesen Wasserstoff auszustoßen und Kohlenstoff an Kohlenstoff zu binden. In Acetylen steckt mehr Energie als in Ethan, weshalb wir Acetylen zum Schweißen und Ethan/Methan für Gasgrills verwenden. Bei der Entnahme von Wasserstoff wird Energie gespeichert. Bei der Zugabe von Wasserstoff zum Kohlenstoff wird Energie freigesetzt.

Rahmenherausforderung: Ihr Organismus wird immer noch auf Kohlenstoff basieren

Wenn Sie sagen, dass ein Organismus auf Kohlenstoff basiert, beziehen Sie sich auf das Element, das den Kernbaustein in Ihren organischen Molekülen bildet.

Das Entfernen von Kohlenstoff zugunsten der borbasierten Biochemie hat eine ganze Reihe von Problemen, die größer sind als das Finden einer Lösung für ATP, und alles führt zurück auf die Anzahl der kovalenten Bindungen, die es bilden kann. Kohlenstoff kann 4 kovalente Bindungen bilden, während Bor nur 3 bilden kann, ohne instabil und negativ geladen zu werden. Dies macht Kohlenstoff beim Aufbau komplexer Moleküle weitaus nützlicher. So sehr, dass die Evolution eurer Welt den kohlenstoffbasierten Weg dem borbasierten Weg vorziehen würde, selbst wenn Kohlenstoff weniger verfügbar ist.

Darüber hinaus hat Ihre Welt tatsächlich viel Kohlenstoff, mit dem Sie arbeiten können. Organischer Kohlenstoff in unserer Welt stammt hauptsächlich aus dem CO2 in unserer Atmosphäre; Wenn Ihre Organismen also bereits in erheblichem Umfang auf atmosphärisches Methan angewiesen sind, können die Primärproduzenten auf Ihrer Welt einfach Methan einatmen und Wasserstoffgas ausatmen, um Kohlenstoff in die natürlichen Lebenszyklen Ihres Organismus einzubringen.

Der einzige Grund für die Entwicklung von Leben, das nicht auf Kohlenstoff basiert, ist, dass Kohlenstoff außerordentlich selten ist. Nicht nur abgesondert, sondern nicht existent auf eurem Planeten, und wenn Kohlenstoff nicht verfügbar ist, ist der nächste logische Schritt das nächstdichteste Element, das 4 kovalente Bindungen bilden kann, nämlich Silizium. Sogar auf Germanium, Zinn oder Blei basierendes Leben kann häufiger sein als auf Bor basierendes Leben, weil diese 4. kovalente Bindung bei der Schaffung komplexer Systeme so wichtig ist.

Allerdings ist kohlenstoffbasiertes Leben mit ziemlicher Sicherheit die Norm, da wir beweisen können, dass es sich sogar gegen vorherrschende Optionen durchsetzt. Hier auf der Erde macht Kohlenstoff nur 0,02 % der Elemente in der Kruste aus, während Silizium, das nächstbeste Element, 28,2 % der Kruste ausmacht. Dies zeigt, dass das Leben die Elemente bevorzugt, die am besten funktionieren, gegenüber denen, die nur häufiger vorkommen.

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