מאמר שיטה

ביצוע ניסויי מילר יורי

DOI:

10.3791/51039

⸱

21 בינואר 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology, 2Earth-Life Science Institute, Tokyo Institute of Technology, 3Institute for Advanced Study, 4Astromaterials Research and Exploration Science Directorate, NASA Johnson Space Center, 5Goddard Center for Astrobiology, NASA Goddard Space Flight Center, 6Geosciences Research Division, Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ניסוי מילר יורי היה מחקר החלוצים לגבי סינתזת אביוטי של תרכובות אורגניות עם שייכות אפשרית למקורותיה של חיים. גזים פשוט הוכנסו לתוך מנגנון זכוכית ונתונים לפריקה חשמלית, לדמות את ההשפעה של ברק במערכת אווירת האוקיינוס ​​של כדור הארץ הקדומה. הניסוי נערך במשך שבוע אחד, שלאחריו, הדגימות שנאספו מאותו נותחו לאובניים הבניין הכימי של חיים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ב1953, סטנלי מילר דיווח הייצור של ביומולקולות מחומרי המוצא גזים פשוטים, תוך שימוש במנגנון שנבנה כדי לדמות מערכת אווירת האוקיינוס ​​של כדור הארץ הקדומה. מילר הציג 200 מיליליטר של מים, של H 2 100 מ"מ כספית, 200 מ"מ כספית של CH 4, ו200 מ"מ כספית של NH 3 לתוך המכשיר, ולאחר מכן נתון תערובת זו, תחת רפלוקס, לפריקה חשמלית במשך שבוע, ואילו המים היו בו זמנית מחומם. מטרתו של כתב יד זה היא לספק לקורא פרוטוקול ניסוי כללי שיכול לשמש לעריכת ניסוי ניצוץ פריקה סוג מילר יורי, באמצעות בקבוק תגובת 3 L פשוט. מאז הניסוי כרוך בחשיפה לגזים דליקים פריקה חשמלית במתח גבוה, זה שווה הדגשת צעדים חשובים המפחיתים את הסיכון לפיצוץ. הנהלים הכלליים המתוארים בעבודה זו ניתן להסיק לעצב ולנהל מגוון רחב של ניסוי פריקה חשמליזה לדמות סביבות פלנטרית פרימיטיביות.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

טבעו של מקור חיים על פני כדור הארץ נשאר אחת השאלות המדעיות הסתומות ביותר. ב1920s הביולוג הרוסי אלכסנדר Oparin ובריטי ביולוג האבולוציוני והגנטיקאי ג'ון Haldane הציעו את הרעיון של "מרק הבראשיתי" 1,2, המתארים את האוקיינוסים היבשתיים הפרימיטיביים המכילים תרכובות אורגניות שעלולות הקלו אבולוציה כימית. עם זאת, זה לא היה עד 1950s, כאשר כימאים החלו לבצע מחקרי מעבדה מכוונים שמטרתה להבין כיצד מולקולות אורגניות יכול היו מסונתז מחומרי המוצא פשוטים בכדור ארץ הצעיר. אחד הדו"חות הראשונים לשם כך היה הסינתזה של חומצה פורמית מההקרנה של 2 פתרונות CO מימיים ב1951 3.

ב1952, סטנלי מילר, אז סטודנט לתואר שני באוניברסיטה של ​​שיקגו, ניגש הרולד יורי על עושה את ניסוי כדי להעריך את האפשרות כי תרכובות אורגניותחשוב למקור של חיים אולי נוצר abiologically בכדור ארץ הצעיר. הניסוי נערך באמצעות מנגנון שהותקן זכוכית (איור 1 א) שנועד לדמות את כדור הארץ הפרימיטיבית. הניסוי של מילר חיקה את הברקים על ידי הפעולה של פריקה חשמלית בתערובת של גזים המייצגים את האווירה מוקדם, בנוכחותו של מאגר מים נוזלי, המייצג את האוקיינוסים מוקדם. המנגנון גם מדומה אידוי ומשקעים באמצעות מעטפת חימום וקבל, בהתאמה. ניתן למצוא את הפרטים ספציפיים לגבי המנגנון מילר השתמש במקום אחר 4. אחרי שבוע של ניצוצות, את התוכן בבקבוק נהפך בעליל. המים הפכו צבע עכור, אדמדם 5 וחומר צהוב חום שהצטבר על האלקטרודות 4. עבודתו פורץ דרך זה נחשבת לסינתזה הראשונה מכוונת, היעילה של ביומולקולות בתנאי כדור הארץ פרימיטיביות מדומים.

תרשים כור כימי; אלקטרודות טונגסטן, צלוחיות 5L ו-3L, מעבה, הגדרת ציוד.
איור 1. השוואה בין שני הסוגים של מנגנונים שנדונו במאמר זה. המנגנון הקלאסי המשמש לניסוי המקורי של מילר יורי () ואת המנגנון הפשוט בשימוש בפרוטוקול שתואר כאן (ב '). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

לאחר פרסום 1953 תוצאות מהניסוי של מילר הקלאסי, וריאציות רבות של ניסוי ניצוץ הפריקה, למשל באמצעות תערובות גז אחרות, בוצעו כדי לחקור את הסבירות של ייצור תרכובות אורגניות חשובות לחיים תחת מגוון רחב של תנאי כדור הארץ מוקדמים אפשריים. לדוגמא, CH 4 2 O / NH 3 / H 2 תערובת גז S נבדקה על יכולתה לייצר חומצות אמינו-α המכיל גופרית המקודדת, אם כי אלה לא התגלו 6. ניתוח ספקטרומטריית המון גז כרומטוגרפיה (GC-MS) של 4 / NH תערובת CH 3 נתון לפריקה חשמלית הראה את הסינתזה של α-aminonitriles, אשר אמין מבשרי חומצה 7. ב1972, באמצעות מנגנון פשוט יותר, הוצג לראשונה על ידי oro 8 (איור 1 ב '), מילר ועמיתיו הוכיחו את הסינתזה של כל החומצות מקודדות α-אמינו 9 וחומצות אמינו nonprotein 10 שזוהו במטאוריט מורצ'יסון עד כה, על ידי חשיפת CH 4, N 2, וכמויות קטנות של NH 3 לפריקה חשמלית. מאוחר יותר, תוך שימוש באותו מערך ניסוי הפשוט הזה, תערובות גז המכילות H 2 O, N 2, ו4 CH, CO 2, או CO היו הציתו לסוטיםdy התשואה של המימן ציאניד, פורמלין, וחומצות אמינו כפונקציה של מצב החמצון של מיני הפחמן באטמוספרה 11.

בנוסף לבדיקה של עיצובים ניסיוניים חלופיים במהלך השנים, התקדמות אנליטיים משמעותית התרחשה מאז הניסוי הקלאסי של מילר, שלאחרונה נעזר חקירות מעמיקות יותר של דגימות ניסוי פריקה חשמלית בארכיון על ידי מילר, מזה שהיה בהנחייתם של הטכניקות היה מילר גישה ל ב1950s. הניסוי של מילר הוולקני 12, שפורסם לראשונה בשנת 1955 4, ו1958 H 2 ניסוי 13 המכיל S הוצגו יצר מגוון רחב יותר, ושכיחותם גבוהה יותר, של חומצות אמינו רבות ואמינים יותר מניסוי הקלאסי, ובם רבים מהם כי לא זוהה בעבר בניסויי ניצוץ שחרור.

הניסוי המתואר במאמר זה ניתן לבצע באמצעותמגוון רחב של תערובות גז. בדרך כלל, לכל הפחות, ניסויים כאלה יכילו גז C נושאות, גז N-ועליו, ומים. עם קצת תכנון, כמעט בכל תערובת של גזים יכולה להיות חוקרת, לעומת זאת, חשוב לשקול כמה היבטים כימיים של המערכת. לדוגמא, ה-pH של השלב המימית יכולה להיות השפעה משמעותית על הכימיה שמתרחשת שם 14.

השיטה המתוארת כאן כבר מותאמת להורות לחוקרים כיצד לבצע ניסויי ניצוץ פריקה דומים לניסוי מילר יורי באמצעות כלי תגובת 3 L פשוט, כפי שתואר בשנת 1972 הפרסומים של מילר 9,10. מאז ניסוי זה כרוך קשת חשמלית במתח גבוה הפועלת על גזים דליקים, זה הוא חיוני כדי להסיר O 2 מהבקבוק התגובה לחסל את הסיכון של פיצוץ, אשר יכול להתרחש בשריפה של גזי נושאות פחמן מופחתים כגון מתאן או פחמן חד חמצני, או O תגובהו H 2 עם חמצן.

ישנם פרטים נוספים שיש לזכור בעת נערך לביצוע הניסוי שנדון כאן. ראשית, בכל פעם שעובד עם קווי ואקום זכוכית וגזים בלחץ, קיימת סכנת קריסה של שני ולוחץ על יתר. לכן, משקפיים בטיחות חייבים להיות משוחק בכל העת. שנית, הניסוי שנערך בדרך כלל בפחות מלחץ אטמוספרי. זה ממזער את הסיכון ללחץ יתר על הסעפת ובקבוק תגובה. זכוכית עשויה להיות מדורגת בבית או מעל לחץ אטמוספרי, לעומת זאת, לחצים מעל 1 כספומט אינם מומלצים. לחצים עשויים להגדיל בניסויים אלה כH לא מסיסים במים 2 הוא משוחרר מהגזים מופחתים (כגון CH 4 ו NH 3). לוחץ יתר יכול להוביל לזליגת חותם, אשר יכולים לאפשר O אטמוספרי 2 להיכנס לבקבוק התגובה, כך שניתן לגרום לבעירה, וכתוצאה מכך לפיצוץ. שלישית,יש לזכור כי שינוי של פרוטוקול זה לנהל וריאציות של הניסוי מחייב תכנון קפדני כדי להבטיח תנאים בטוחים הם לא נוצרו. הרביעית, זה מאוד מומלץ כי הנסיין הפוטנציאלי לקרוא את הפרוטוקול כולו כמה פעמים בעיון לפני שתנסה את הניסוי הזה כדי להיות בטוח שהוא או היא מכירה את בעיות פוטנציאליות וכי כל החומרה הנדרשת יהיה זמינה ובמקומו. לבסוף, ניסויי ניצוח מעורבים גזים דליקים מחייבים עמידה בהנחיות המחלקתיות הסביבה הבריאות ובטיחות של המוסד המארח של הנסיין. שים לב, ההמלצות האלה לפני שתמשיך עם כל ניסויים. כל הצעדים שפורטו בפרוטוקול כאן עומד בהנחיות איכות הסביבה בריאות ובטיחות של המחברים מארח מוסדיות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. הקמת מערכת סעפת / אבק

  1. השתמש בסעפת זכוכית כדי להציג את הגזים לתוך בקבוק התגובה. סעפת זה ניתן לרכוש או נבנתה על ידי מתקן ניפוח זכוכית, אבל חייב לכלול יציאות ואקום חזק הניתנות לחיבור למערכת ואקום, מיכלי גז, מד ואקום, וכלי התגובה.
    1. השתמש במפרקי זכוכית גרוסים ותקעי זכוכית עם שסתומים בסעפת. ודא שכל O-הטבעות על האטמים הן מסוגלת לעשות את החותמות הדרושות. אם אתם משתמשים במפרקי זכוכית, כמות מספקת של שומן ואקום ניתן ליישם כדי לסייע להפוך את חותם, במידת צורך. גריז ואקום סיליקון ניתן להשתמש כדי למנוע זיהום אורגני פוטנציאלי.
    2. השתמש בברזים למיני זכוכית על הסעפת. להחיל את הכמות המינימלית של שומן הוואקום דרוש כדי להפוך את חותם.
    3. מדוד את נפח הסעפת. נפח זה ישמש לחישובים הקשורים ללחצי גז סופיים בבקבוק תגובת 3 L וצריך להיות ידוע באופן מדויק ככל האפשר.
    4. אלא אם כן יש לו את הסעפת מספיק קשרים כדי להכיל את כל בלוני הגז בו זמנית, להתחבר צילינדר אחד בכל פעם לסעפת. כולל בהקשר זה, ברז המאפשר את הסעפת להיות מבודדת מאווירת הסביבה.
    5. השתמש מתאים, נקי, אינרטי, וכימי ולדלוף צינורות עמידים ואביזרי ואקום ultratorr לחבר את בלוני גז לסעפת. אבזרי Ultratorr, שבו השתמש, הם להיות-הידק את אצבע.
    6. להתחבר לסעפת, משאבת ואקום מסוגלת הקמת ואקום של <מ"מ כספית 1. פליטת משאבת הוואקום צריכה להיות ממוקמת בתוך מנדף, או כראוי פרקה באמצעים אחרים.
      1. כדי להבטיח השגה מהירה של ואקום וכדי להגן על המשאבה, להכניס מלכודת בין הסעפת ומשאבת הוואקום. אצבע מלכודת חנקן נוזלית מומלצת כפי שהוא ימנע נדיפים כגון 3 NH, CO 2, ו-H 2 O מלהיכנס למשאבה. יש להקפיד, כפי נדיפים לכודים, על warming, עשוי overpressure הסעפת ולגרום לקרע זכוכית.
    7. להתחבר לסעפת, מד לחץ או מד ואקום אחר לרזולוציה של mmHg 1 או טובה יותר. בעוד שניתן להשתמש התקנים שונים, מד לחץ כספית, או מד מקלאוד, עדיף כמו כספית היא די nonreactive.
    8. מדוד ורשום את טמפרטורת הסביבה באמצעות מדחום מתאים.

2. הכנת בקבוק תגובה

  1. מחממים את כל כלי הזכוכית ב500 מעלות צלזיוס במשך לפחות 3 שעות באוויר לפני השימוש, להסרת מזהמים אורגניים.
    1. לנקות את אלקטרודות טונגסטן בעדינות על ידי שטיפה עם מגבוני מעבדה נקיים ומתנול, וייבוש באוויר.
  2. יוצקים 200 מיליליטר של המים ultrapure (18.2 MΩ סנטימטר, <5 TOC ppb) לתוך בקבוק תגובת 3 L.
    1. להציג את בר ומערבב מגנטיים precleaned והמעוקר, שיבטיח פירוק מהיר של גזים מסיסים וערבוב של מגיבים במהלך לשעברperiment.
  3. צרף את אלקטרודות טונגסטן לבקבוק תגובת 3 L באמצעות כמות מינימאלית של שומן ואקום, עם טיפים מופרדים על ידי כ 1 סנטימטר בתוך הבקבוק. להדק עם קליפים.
  4. הכנס מתאם עם ברזלים מובנים לתוך הצוואר של בקבוק תגובת 3 L ובטוח עם קליפ.
  5. צרף את בקבוק תגובת 3 L לסעפת הגז באמצעות המתאם. שימוש בקליפ או לצבוט כדי לעזור לאבטח את הבקבוק.
    1. משמנים קל כל החיבורים כדי להבטיח חותם ואקום טוב.
  6. פתח את כל השסתומים וברזים למיניהם על הסעפת, למעט Valve 6 וברזלים 1 (איור 4), ולהפעיל את משאבת הוואקום כדי לפנות את הסעפת. ברגע קריאת ואקום יציבה של <מ"מ כספית 1 הושגה, Valve הקרוב 1 ולאפשר לסעפת לשבת ~ 15 דקות כדי לבדוק אם קיים דליפת ואקום. אם אף מזוהים, המשך לשלב 2.8. אחרת לפתור את החיבורים השונים עד שניתן לזהות דליפות וקבועות.
  7. pply ערבוב מגנטי לכלי התגובה. Valve הפתוח 1 וברזלים 1 (איור 4) לפנות את האמיץ של בקבוק תגובת 3 L עד הגיע הלחץ <1 מ"מ כספית.
  8. סגור Valve 1 (איור 4) ולנטר את הלחץ בתוך בקבוק תגובת 3 L. הלחץ הנמדד צריך להגדיל ללחץ האדים של מים. כדי לוודא שאין דליפות קיימות, חכה ~ 5 דקות בשלב זה. אם הלחץ (כפי שקורא במד הלחץ) מגדיל בעוד Valve 1 סגור במהלך שלב זה, לבדוק אם קיים דליפה ב1 ברזלים וקשרים בקבוק תגובה השונים. אם אין דליפה נמצאת, המשך לשלב הבא.

3. מבוא של גז NH 3

  1. לחשב את הלחץ הדרוש של NH גזי 3 להכניס לסעפת כזו ש200 מ"מ כספית של NH 3 יושקו לתוך בקבוק התגובה. פרטים על איך לעשות את זה ניתן בסעיף הדיון.
  2. שסתומים קרוב1 ו -6, וברזלי 1 (איור 4), לפני החדרת כל גז לסעפת. השאר את השסתומים אחרים ופתוח ברזלים.
  3. להציג NH 3 לתוך הסעפת עד לחץ קטן (כ 10 מ"מ כספית) הוא הגיע ולאחר מכן לפנות את הסעפת ללחץ של <1 מ"מ כספית על ידי פתיחת שסתום 1 (איור 4). חזור 3x.
  4. להציג NH 3 לתוך הסעפת כדי להגיע ללחץ שנקבע בשלב 3.1.
  5. ברזלים פתוחים 1 (איור 4) להציג 200 מ"מ כספית של NH 3 לתוך בקבוק תגובת 3 L. NH 3 יתמוסס במים בבקבוק התגובה והלחץ ייפול לאט.
  6. ברגע שהלחץ עוצר נשירה, קרובים ברזלים 1 (איור 4) ורשום את הלחץ לקריאה על ידי מד הלחץ. ערך זה מייצג את הלחץ בתוך הבקבוק וישמש כדי לחשב את הלחצים לגזים אחרים שיושקו לתוך הסעפת מאוחר יותר.
  7. להרחיב Valve 1 (איור 4) לפנות את הסעפת ללחץ של <1 מ"מ כספית.
  8. סגור Valve 2 (איור 4) ונתק את בלון הגז NH 3 מהסעפת.

4. מבוא של CH 4

  1. לחשב את הלחץ הדרוש של 4 CH להיות הציג לתוך הסעפת כזו ש200 מ"מ כספית של CH 4 יהיה הציג לתוך בקבוק תגובת 3 L. חישובי דוגמא מוצגים בסעיף הדיון.
  2. חבר את בלון הגז CH 4 לסעפת.
  3. פתח את כל השסתומים וברזים למיניהם, למעט Valve 6 וברזלים 1 (איור 4), ולפנות את הסעפת ללחץ של <1 מ"מ כספית.
  4. Valve לסגור 1 פעם הסעפת כבר פונתה (איור 4).
  5. להציג CH 4 לתוך הסעפת עד לחץ קטן (כ 10 מ"מ כספית) מתקבל. זה מוחק את הקו של כל fr גזים מזהמיםאום שקדמו לצעדים. פתח Valve 1 (איור 4) לפנות את הסעפת ל< מ"מ כספית 1. חזור 2x יותר.
  6. להציג CH 4 לתוך הסעפת עד, הוא הגיע הלחץ מחושב בשלב 4.1.
  7. ברזלים פתוחים 1 (איור 4) להציג 200 מ"מ כספית של 4 CH לתוך בקבוק תגובת 3 L.
  8. ברזלים לסגור 1 פעם אחת את הלחץ המיועד של CH 4 כבר הציג לתוך בקבוק תגובת 3 L (איור 4) ורשום את הלחץ שנמדד על ידי מד הלחץ.
  9. פתח Valve 1 (איור 4) לפנות את הסעפת ל< מ"מ כספית 1.
  10. סגור Valve 2 (איור 4) ונתק את הצילינדרים CH 4 מהסעפת.

5. מבוא של גזים נוספים (כגון N 2)

  1. בשלב זה, אין צורך להציג את גזים נוספים. עם זאת, אם תרצה בכך, מומלץ להוסיף של N 2 100 mmHg. במקרה זה, לחשב את הלחץ הדרוש של N 2 להיות הציג לתוך הסעפת כגון זה של N 2 100 מ"מ כספית יהיה הציג לתוך בקבוק תגובת 3 L. חישובי דוגמא מוצגים בסעיף הדיון.
  2. חברו את צילינדר N 2 גז לסעפת.
  3. פתח את כל השסתומים וברזים למיניהם, למעט Valve 6 וברזלים 1 (איור 4), ולפנות את הסעפת ללחץ של <1 מ"מ כספית.
  4. Valve לסגור 1 פעם הסעפת כבר פונתה (איור 4).
  5. להציג N 2 לתוך הסעפת עד לחץ קטן (כ 10 מ"מ כספית) מתקבל. פתח Valve 1 (איור 4) לפנות את הסעפת ל< מ"מ כספית 1. חזור 2x יותר.
  6. להציג N 2 לתוך הסעפת עד שיגיע ללחץ המחושב בשלב 5.1.
  7. ברזלים פתוחים 1 (איור 4) להציג את של N 2 100 mmHg לתוך בקבוק התגובה.
  8. ברזלים 1 לסגור פעם אחת את הלחץ המיועד של N 2 כבר הציג לתוך בקבוק התגובה, (איור 4) ורשום את הלחץ באמצעות מד הלחץ.
  9. פתח Valve 1 (איור 4) לפנות את הסעפת ל< מ"מ כספית 1.
  10. סגור Valve 2 (איור 4) ונתק את צילינדר N 2 מהסעפת.

6. החל הניסוי

  1. לנתק את בקבוק התגובה מהסעפת ידי סגירת ברזלים 1 ו Valve 1 (איור 4) פעם אחת בכל הגזים הוכנסו לתוך בקבוק התגובה, כך שאוויר הסביבה יכול להיכנס לסעפת ולהביא עד לחץ הסביבה הסעפת.
  2. לאחר ניתוק בזהירות את בקבוק התגובה מהסעפת, הגדר את הבקבוק איפשהו זה לא יפריע (למשל בתוך מנדף ריק).
  3. נתק את משאבת הוואקום ולהסיר בזהירות את המלכודת הקרה ולאפשר אוורור פנימי באופן מלאמנדף המבצעי.
  4. אבטח את סליל טסלה מחובר לגנרטור הניצוץ בתדירות הגבוה.
  5. חבר את האלקטרודה טונגסטן ההפוכה לקרקע חשמלית כדי לאפשר מעבר היעילה של זרם חשמלי על פני הפער בין שתי אלקטרודות.
  6. הגדר את מתח היציאה של מחולל הניצוץ לכ 30,000 V, כמפורט במסמכים זמינים מהיצרן.
  7. לפני שאזם את הניצוץ, סגור את אבנט מנדף, כדי שישמש כמגן בטיחות בין המנגנון והנסיין. סובב את סליל טסלה על להתחיל את הניסוי, ולאפשר ניצוצות להמשיך 2 שבועות (או תקופה רצויה אחרת) בשעה 1 / כיבוי מחזורים.

7. סוף הניסוי

  1. הפסק את הניסוי על ידי כיבוי סליל טסלה.
  2. ברזלים פתוחים 1 (איור 4) להציג לאט אוויר הסביבה לתוך בקבוק התגובה ולהקל על ההסרה של המתאם ואלקטרודות טונגסטן כך saניתן לאסוף mples. אם תרצה, ואקום יכול לשמש כדי לפנות את בקבוק התגובה של גזים רעילים תגובה.

8. איסוף דגימות נוזלים

  1. בעזרת פיפטה זכוכית pyrolyzed, להסיר דגימות נוזל מהבקבוק התגובה, להיות זהיר, כדי לצמצם את החשיפה למזהמים, כגון אלה שעשויים להיות מוצגים על ידי הנגיעה בפיפטה גריז הוואקום או משטחים לא סטרילי אחרים.
    1. להעביר את הדגימה לפלסטיק סטרילית או כלי קיבול מזכוכית. קיבול מפלסטיק נוטה פחות לפיצוח או שבירה על הקפאה, בהשוואה לקיבול מזכוכית.
  2. מכולות מדגם חותם ולאחסן במקפיא מסוגל טמפרטורות לכת של -20 מעלות צלזיוס או נמוכה יותר, כמו מוצרים מסיסים עלולות למנוע פתרון המדגם מההקפאה ב 0 ° C.

9. ניקוי המכשיר

  1. השתמשו במעבדה נקייה מגבונים כדי להסיר בזהירות גריז ואקום מצווארו של המנגנון, להתאיםאה וברזלים, והזכוכית המקיפה את אלקטרודות טונגסטן.
  2. לנקות ביסודיות את אותו המשטחים מתוארים בשלב 9.1 עם טולואן להסיר גריז ואקום אורגני מלאה מכלי הזכוכית. אם אתם משתמשים בגריז סיליקון, גריז הוואקום הגבוה עשוי להישאר על הזכוכית לאחר פירוליזה, יצירת בעיות בעתיד, כמפורט בסעיף הדיון.
  3. לנקות ביסודיות את בקבוק התגובה עם מברשת והממסים הבאים לפי סדר: מים ultrapure (18.2 MΩ סנטימטר, <5 TOC ppb), מים ultrapure (18.2 MΩ סנטימטר, <5 TOC ppb) עם 5% חומר ניקוי ניקוי, מתנול, טולואן, מתנול, מים ultrapure (18.2 MΩ סנטימטר, <5 TOC ppb) עם 5% חומר ניקוי ניקוי, ומים סוף סוף ultrapure (18.2 MΩ סנטימטר, <5 TOC ppb).
  4. לכסות את כל הפתחים הפתוחים של בקבוק התגובה עם רדיד אלומיניום ולעטוף את המתאם ומרכיביו בנייר אלומיניום.
  5. ברגע שכל הזכוכית כבר עטופה ברדיד אלומיניום, pyrolyze לפחות 3 שעות באוויר ב500 ° C.
  6. אלקטרודות לנקות בעדינות עם מתנול ולתת אוויר יבש.

10. ניתוח מדגם

שימו לב: בעת הכנת דגימות לבדיקה, השימוש בפרוטוקול הידרוליזה חומצה כגון תואר בפירוט במקומות אחרים 15, הוא שימושי לקבלת חומצות אמינו נוסף. הידרוליזה של חלק מהמדגם התאושש מספקת ההזדמנות לנתח את שני חומצות אמינו חופשיות, כמו גם מבשרי חומצה יציבה שלהם, כי הם מסונתזים בתנאי אביוטי.

  1. לניתוח חומצת אמינו, להשתמש בטכניקה מתאימה (כגון כרומטוגרפיה נוזלית ושיטות מבוססות ספקטרומטריית מסה, או גישות מתאימות אחרות). טכניקות אנליטיות אלה כוללות כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים עם גילוי הקרינה (HPLC-FD) 14, וכרומטוגרפיה נוזלית ביצועי ultrahigh עם גילוי הקרינה במקביל עם ספקטרומטריית מסת יינון electrospray החיובית בזמן של הטיסה (UHPLC-FD/ToF-MS) 12,13. כתב יד זה מתאר ניתוח באמצעות ספקטרומטריה מנתח באמצעות ספקטרומטר משולש quadrupole ההמוני (QQQ-MS) בשיתוף עם HPLC-FD.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המוצרים מסונתזים בניסויי פריקה חשמליים יכולים להיות די מורכבים, וישנן גישות אנליטיות רבות שניתן להשתמש בם כדי ללמוד אותם. כמה מן הטכניקות הנפוצות יותר בספרות לניתוח חומצות אמינו הם דנו כאן. שיטות spectrometric כרומטוגרפי ומסת טכניקות אינפורמטיבי מאוד לניתוח התערובות כימיות מורכבות המיוצרים על ידי ניסויי ניצוץ פריקה סוג מילר יורי. חומצת אמינו מנתח יכול להתבצע באמצעות -phthaldialdehyde/N-acetyl-L-cysteine ​​o (OPA / NAC) 16, זוג מגיב כיראליות שמתייג קבוצות אמינו ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

צעדים רבים בפרוטוקול המתואר כאן הם קריטיים לביצוע ניסויים מסוג מילר יורי צורה בטוחה ונכון. ראשית, כל הכלים וכלי זכוכית מדגם הטיפול שיבואו במגע עם בקבוק התגובה או מדגם צריכים להיות מעוקרים. עיקור מושגת על ידי שטיפה באופן יסודי את הפריטים בשאלה עם המים ultrapure (18.2 MΩ סנטימטר, <5 TOC ppb) ולאחר מכן עוטף אותם בנייר אלומיניום, לפני pyrolyzing ב500 מעלות צלזיוס באוויר לפחות 3 שעות. ברגע שהציוד כבר pyrolyzed ובעת הכנת דגימות לבדיקה, יש להקפיד כדי למנוע זיהום אורגני. הסיכון של זיהו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מצהירים שום אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה במשותף על ידי NSF ונאס"א תכנית אסטרוביולוגיה, תחת מרכז NSF לכימית אבולוציה, מל"ג-1004570, ומרכז גודארד לאסטרוביולוגיה. ETP רוצה להכיר מימון נוסף הניתן על ידי תכנית התמחות הביולוגיה נאס"א פלנטריים. המחברים גם רוצים להודות לד"ר Asiri Galhena לעזרה לא יסולא בפז בהקמת מתקני מעבדה הראשוניים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
תקעי זכוכית לסעפתChemglassCG-983-01
גריז ואקום גבוהApiezonN / Aסוג M / N
סיליקון גריז ואקוםגבוה Dow Corning1597418
טפלון צינורות PFAMcMaster-Carr51805K54
אביזרי ואקום אולטרה טורSwagelokSS-4-UT-6
מגילה יבשה משאבת ואקוםEdwardsA72401905
U-Tube ManometerAlta-Robbins100SS
אלקטרודות טונגסטןיהלום מוצרי קרקעTH2-1/162% מתנול
ת'ורי אלפא AesarN/AUltrapure HPLC כיתה
טפלון מצופה טפלון מגנטי ערבוב ברמקמאסטר-קאר5678K127
גזי NH3איירגזAMAHLB99.99% טוהר
גזי CH4 AirgasME UHP30099.99% טוהר
גזי N2AirgasNI UHP30099.999% טוהר
סליל טסלהמוצרי אלקטרו-טכניקה15001דגם BD-50E
24 שעות פלאג-אין טיימר בסיסיחברת ג'נרל אלקטריק15119
חומר ניקויAlconox1104
טולואןתרמו פישר מדעיN/Aאופטימה כיתה
לונה פניל-הקסיל HPLC עמודPhenomenex00G-4257-E0מותג:
לונה פורמיק חומצהסיגמא-אלריךF0507משמש לייצור 50 מ"מ פורמט אמוניום

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Oparin, A. I. The Origin of Life. , Izd. Moskovshii Rabochii. (1924).
  2. Haldane, J. B. The origin of life. Rationalist Annu. 148, 3-10 (1929).
  3. Garrison, W. M., Morrison, D. C., Hamilton, J. G., Benson, A. A., Calvin, M. Reduction of Carbon Dioxide in Aqueous Solutions by Ionizing Radiation. Science. 114, 416-418 (1951).
  4. Miller, S. L. Production of Some Organic Compounds under Possible Primitive Earth Conditions. J. Am. Chem. Soc. 77, 2351-2361 (1955).
  5. Miller, S. L. A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science. 117, 528-529 (1953).
  6. Heyns, H. K., Walter, W., Meyer, E. Model experiments on the formation of organic compounds in the atmosphere of simple gases by electrical discharges (Translated from German). Die Naturwissenschaften. 44, 385-389 (1957).
  7. Ponnamperuma, C., Woeller, F. α-Aminonitriles formed by an electric discharge through a mixture of anhydrous methane and ammonia. Biosystems. 1, 156-158 (1967).
  8. Oró, J. Synthesis of Organic Compounds by Electric Discharges. Nature. 197, 862-867 (1963).
  9. Ring, D., Wolman, Y., Friedmann, N., Miller, S. L. Prebiotic Synthesis of Hydrophobic and Protein Amino Acids. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 69, 765-768 (1972).
  10. Wolman, Y., Haverland, W. J., Miller, S. L. Nonprotein Amino Acids from Spark Discharges and Their Comparison with the Murchison Meteorite Amino Acids. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 69, 809-811 (1972).
  11. Roscoe, S., Miller, S. L. Energy Yields for Hydrogen Cyanide and Formaldehyde Syntheses: The HCN and Amino Acid Concentrations in the Primitive Ocean. Orig. Life. 17, 261-273 (1987).
  12. Johnson, A. P., et al. The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science. 322, 404 (2008).
  13. Parker, E. T., et al. Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5526-5531 (2011).
  14. Cleaves, H. J., Chalmers, J. H., Lazcano, A., Miller, S. L., Bada, J. L. A reassessment of prebiotic organic synthesis in neutral planetary atmospheres. Orig. Life Evol. Biosph. 38, 105-115 (2008).
  15. Glavin, D. P., et al. Amino acid analyses of Antarctic CM2 meteorites using liquid chromatography-time of flight-mass spectrometry. Meteorit. Planet. Sci. 41, 889-902 (2006).
  16. Zhao, M., Bada, J. L. Determination of α-dialkylamino acids and their enantiomers in geologic samples by high-performance liquid chromatography after a derivatization with a chiral adduct of o-phthaldialdehyde. J. Chromatogr. A. 690, 55-63 (1995).
  17. Strecker, A. About the artificial formation of lactic acid and a new Glycocoll the homologous body Justus Liebigs Annalen der Chemie. 75, 27-45 (1850).
  18. Miyakawa, S., Yamanashi, H., Kobayashi, K., Cleaves, H. J., Miller, S. L. Prebiotic synthesis from CO atmospheres: implications for the origins of life. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 14628-14631 (2002).
  19. Kobayashi, K., Kaneko, T., Saito, T., Oshima, T. Amino Acid Formation in Gas Mixtures by Particle Irradiation. Orig. Life Evol. Biosph. 28, 155-165 (1998).
  20. Sagan, C., Khare, B. N. Long-Wavelength Ultraviolet Photoproduction of Amino Acids on the Primitive Earth. Science. 173, 417-420 (1971).
  21. Harada, K., Fox, S. W. Thermal Synthesis of Natural Amino-Acids from a Postulated Primitive Terrestrial Atmosphere. Nature. 201, 335-336 (1964).
  22. Ponnamperuma, C., Lemmon, R. M., Mariner, R., Calvin, M. Formation of Adenine by Electron Irradiation of Methane Ammonia, and Water. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 49, 737-740 (1963).
  23. Bar-Nun, A., Bar-Nun, N., Bauer, S. H., Sagan, C. Shock Synthesis of Amino Acids in Simulated Primitive Environments. Science. 168, 470-473 (1970).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים