Methodenartikel

Het uitvoeren van Miller-Urey experimenten

DOI:

10.3791/51039

⸱

21 januari 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

In dit artikel

Samenvatting

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

De Miller-Urey experiment was een baanbrekende studie over de abiotische synthese van organische verbindingen met mogelijke relevantie voor de oorsprong van het leven. Eenvoudige gassen werden in een glazen apparatuur en onderworpen aan een elektrische ontlading, de gevolgen van de bliksem in de oer-aarde atmosfeer-oceaan systeem simuleren. Het experiment werd gedurende een week, waarna de verzamelde daaruit monsters werden geanalyseerd op de chemische bouwstenen van het leven.

Samenvatting

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

In 1953, Stanley Miller meldde de productie van biomoleculen van eenvoudige gasvormige uitgangsmaterialen, met behulp van een apparaat gebouwd om de primordiale Aarde atmosfeer-oceaan systeem te simuleren. Miller geïntroduceerd 200 ml water, 100 mmHg H2, 200 mmHg CH4 en 200 mmHg NH3 in het apparaat, vervolgens onderworpen dit mengsel onder reflux, een elektrische ontlading een week, terwijl tegelijkertijd het water was verwarmd. Het doel van dit manuscript is de lezer een algemene experimentele protocol dat kan worden gebruikt om een ​​type Miller-Urey vonkontlading experiment via een vereenvoudigde 3 L reactiekolf. Aangezien het experiment bestaat uit de blootstelling van ontvlambare gassen een hoog voltage elektrische ontlading, het is het waard het benadrukken van belangrijke stappen die het explosiegevaar te verminderen. De algemene procedures in dit werk beschreven kan worden geëxtrapoleerd naar het ontwerpen en uitvoeren van een breed scala van elektrische ontlading experiments simuleren primitieve planetaire omgevingen.

Inleiding

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

De aard van de oorsprong van het leven op aarde blijft een van de meest ondoorgrondelijke wetenschappelijke vragen. In de jaren 1920 Russische bioloog Alexander Oparin en Britse evolutiebioloog en geneticus John Haldane voorgesteld het concept van een "oersoep" 1,2, waarin de primitieve aardse oceanen met organische verbindingen die chemische evolutie kan hebben vergemakkelijkt. Het was echter pas in de jaren 1950 toen chemici begon opzettelijke laboratoriumonderzoeken gericht op het begrijpen hoe organische moleculen kunnen worden gesynthetiseerd uit eenvoudige uitgangsmaterialen op de vroege aarde voeren. Een van de eerste verslagen daartoe was de synthese van mierenzuur uit de bestraling van waterige oplossingen CO 2 in 1951 3.

In 1952, Stanley Miller, dan een afgestudeerde student aan de Universiteit van Chicago, benaderde Harold Urey over het doen van een experiment om de mogelijkheid te evalueren die organische verbindingenbelangrijk voor het ontstaan ​​van leven kan zijn abiologically gevormd op de vroege aarde. Het experiment werd uitgevoerd met behulp van een op maat gemaakte glazen apparatuur (Figuur 1A) ontworpen voor het simuleren van de primitieve aarde. Miller experiment nagebootst bliksem door de werking van een elektrische ontlading een gasmengsel die de eerste atmosfeer, in aanwezigheid van een vloeibaar water reservoir, die de eerste oceanen. De inrichting gesimuleerd evaporatie en precipitatie met behulp van een verhittingsmantel en een condensator, respectievelijk. Specifieke details over het apparaat Miller gebruikt kan elders 4 te vinden. Na een week van vonken, werd de inhoud van de kolf zichtbaar getransformeerd. Het water bleek een troebele, roodachtige kleur 5 en geel-bruine materiaal dat zich op de elektroden 4. Dit baanbrekende werk wordt beschouwd als de eerste opzettelijke, efficiënte synthese van biomoleculen onder gesimuleerde primitieve aarde omstandigheden.

figure-introduction-1
Figuur 1. Vergelijking tussen de twee soorten apparaten die in dit document. De klassieke inrichting die wordt gebruikt voor de originele Miller-Urey experiment (A) en de vereenvoudigde voorzieningen die bij het ​​protocol hier (B) geschetst. Klik hier voor grotere afbeelding .

Na de 1953 publicatie van resultaten van Miller klassieke experiment talrijke variaties van de vonkontlading experiment, bijvoorbeeld met andere gasmengsels, werden uitgevoerd om de waarschijnlijkheid van het produceren organische verbindingen belangrijk voor het leven onder een aantal mogelijke vroege aarde omstandigheden verkennen. Bijvoorbeeld, een CH4 / H 2 O / NH 3 / H2S gas werd getest op zijn vermogen om de gecodeerde zwavelhoudende α-aminozuren produceren, maar deze werden niet gedetecteerd 6. Gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) analyse van CH 4 / NH3 mengsel onderworpen aan een elektrische ontlading toonde de synthese van α-aminonitrillen, die aminozuur voorlopers 7. In 1972, met een eenvoudiger inrichting eerst geïntroduceerd door Oró 8 (Figuur 1B), Miller en collega's toonden de synthese van alle gecodeerde α-aminozuren en nonprotein 9 aminozuren 10 die waren geïdentificeerd in de Murchison meteoriet date, door het onderwerpen CH4, N2 en kleine hoeveelheden NH3 een elektrische ontlading. Later, met behulp van deze zelfde vereenvoudigde experimenteel ontwerp, gasmengsels met H 2 O, N 2 en CH 4, CO 2 of CO werden aangewakkerd te study de opbrengst van waterstofcyanide, formaldehyde, en aminozuren als functie van de oxidatietoestand van atmosferische koolstof soorten 11.

In aanvulling op de verkenning van alternatieve experimentele ontwerpen door de jaren heen, hebben aanzienlijke analytische ontwikkelingen voorgedaan sinds Miller's klassieke experiment, die onlangs geholpen meer indringende onderzoeken van elektrische ontlading experimentele monsters gearchiveerd door Miller, dan zou zijn vergemakkelijkt door de technieken Miller had toegang tot in de jaren 1950. Miller vulkanische experiment 12, eerst gerapporteerd in 1955 4 en 1958 H2S bevattende experiment 13 werden naar gevormd meer verschillende en grotere abundanties van vele aminozuren en aminen dan de klassieke experiment, waaronder vele waarvan die was nog niet eerder geïdentificeerd vonk ontlading experimenten.

De in dit document beschreven experiment kan worden uitgevoerd met behulp vanverschillende gasmengsels. Typisch althans dergelijke experimenten een C-dragende gas, een N-dragende gas en water bevatten. Bij sommige planning kan vrijwel elk mengsel van gassen worden onderzocht, is het echter belangrijk om een ​​chemische aspecten van het systeem beoordelen. Bijvoorbeeld kan de pH van de waterfase een grote invloed op de chemie die optreedt er 14 hebben.

De hier beschreven methode is afgestemd op de onderzoekers hoe de vonk ontlading experimenten die het Miller-Urey experiment lijken met behulp van een vereenvoudigde 3 L reactievat, zoals beschreven in Miller's 1972 publicaties 9,10 voeren instrueren. Aangezien dit experiment brengt een hoge spanning elektrische boog die op brandbare gassen, is het cruciaal om O2 uit de reactiekolf met explosiegevaar, die kunnen optreden bij verbranding van verlaagde koolstofhoudende gassen zoals methaan of koolstofmonoxide elimineren of reactie ofH 2 met zuurstof.

Er zijn aanvullende gegevens die moeten worden gehouden bij de voorbereiding van het experiment hier besproken voeren. Ten eerste, wanneer het werken met glas vacuumleidingen en gassen onder druk, bestaat de gevaren van zowel implosie en over-druk. Daarom moet een veiligheidsbril worden gedragen tijd. Tweede wordt het experiment doorgaans uitgevoerd bij lager dan atmosferische druk. Dit minimaliseert het risico van over-druk het spruitstuk en de reactie kolf. Glaswerk worden gewaardeerd bij of boven atmosferische druk zijn echter drukken boven 1 atm afgeraden. De druk kan toenemen in deze experimenten als in water onoplosbare H2 bevrijd van verlaagde gassen (zoals CH4 en NH3). Over-druk kan leiden tot lekkage afdichting, die toestaan ​​atmosferische O2 aan de reactiekolf voeren, waardoor de verbranding induceert, een explosie. Ten derde,dient te worden bedacht dat de wijziging van dit protocol om variaties van het experiment uit te voeren vereist een zorgvuldige planning om ervoor te zorgen onveilige omstandigheden worden niet gemaakt. Ten vierde, is het sterk aanbevolen dat de aspirant-experimentator lezen door de gehele protocol zorgvuldig meerdere malen voordat u probeert dit experiment om zeker te zijn dat hij of zij bekend is met mogelijke valkuilen en dat alle noodzakelijke hardware beschikbaar is en op zijn plaats. Ten slotte, het uitvoeren van experimenten met brandbare gassen moet worden voldaan aan Environmental Health and Safety departementale richtlijnen gastinstelling van de experimentator. Neem deze aanbevelingen alvorens met eventuele experimenten. Alle stappen beschreven in het protocol hier zijn in overeenstemming met de ontvangende institutionele Environmental Health and Safety richtlijnen van de auteurs.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

1. Het opzetten van een spruitstuk / zuiging

  1. Gebruik een glas spruitstuk om gassen te introduceren in de reactie kolf. Het spruitstuk kan worden gekocht of vervaardigd door een glasblazerij faciliteit, maar omvat vakuumdicht poorten die kunnen worden verbonden met een vacuümsysteem, gasflessen, een vacuümmeter en het reactievat.
    1. Gebruik slijpstukken en glas stekkers met kleppen op het spruitstuk. Zorg ervoor dat alle O-ringen op de stekkers zijn in staat om de nodige afdichtingen. Bij gebruik dichting kan een voldoende vacuüm vet worden toegepast om een ​​afdichting te maken, indien nodig. Silicon vacuüm vet kan worden gebruikt om potentiële organische verontreiniging te voorkomen.
    2. Gebruik glazen kranen op het spruitstuk. Breng de minimale hoeveelheid vacuüm vet nodig is om een ​​afdichting te maken.
    3. Meet het spruitstuk volume. Dit volume wordt gebruikt voor berekeningen gerelateerd aan de uiteindelijke gasdruk in de 3 L reactiekolf en moeten zo nauwkeurig mogelijk bekend.
    4. Tenzij het spruitstuk heeft genoeg aansluitingen om al gasflessen tegelijkertijd tegemoet te komen, sluit een cilinder op een moment om het spruitstuk. Omvatten in dit verband, een kraan waarmee het spruitstuk te worden geïsoleerd van de omringende atmosfeer.
    5. Gebruik geschikte, schone, inerte en chemische en lekken resistente buizen en ultratorr vacuüm fittingen aan de gasflessen aan te sluiten op het spruitstuk. Ultratorr fittingen, zo die worden gebruikt, zijn voor-vinger aangescherpt zijn.
    6. Maak verbinding met het spruitstuk, een vacuümpomp de grondslag vormen van een vacuum van <1 mmHg. De vacuümpomp uitlaat moet worden gevestigd in de zuurkast, of ontlucht met andere middelen.
      1. Om een ​​snelle verwezenlijking van vacuüm te waarborgen en bescherming van de pomp, plaats een val tussen het spruitstuk en de vacuümpomp. Een vloeibare stikstof vingerklembeveiliging wordt aanbevolen, omdat het zal voorkomen dat vluchtige stoffen zoals NH3, CO 2 en H 2 O in de pomp. Zorg moet worden genomen, als gevangen vluchtige stoffen, op waNSCHAKELEN, kan het spruitstuk overdruk en resulteren in glas breuk.
    7. Maak verbinding met het spruitstuk, een manometer of een ander vacuümmeter staat 1 mmHg resolutie of beter. Hoewel verschillende apparaten kunnen worden gebruikt, een kwikmanometer of MacLeod meter, de voorkeur kwik is tamelijk reactief.
    8. Meet en registreer de omgevingstemperatuur met een geschikte thermometer.

2. Voorbereiding van reaktiekolf

  1. Verwarm het glaswerk bij 500 ° C gedurende ten minste 3 uur in lucht vóór gebruik organische verontreinigingen.
    1. Reinig de wolfraam elektroden door zachtjes te wassen met schoon laboratorium doekjes en methanol, en drogen aan de lucht.
  2. Giet 200 ml ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) in de 3 L reaktiekolf.
    1. Introduceer een vooraf gereinigd en gesteriliseerd magnetische roerstaaf, die zal zorgen voor een snelle ontbinding van oplosbare gassen en mengen van reactanten tijdens de experiment.
  3. Bevestig de wolfraam elektroden met de 3 L reactiekolf met een minimale hoeveelheid vacuüm vet, tips gescheiden door ongeveer 1 cm in de kolf. Vast met clips.
  4. Steek een adapter met ingebouwde kraan in de hals van de 3 L reactie kolf en beveiligen met een clip.
  5. Bevestig de 3 L reactie kolf met het gas spruitstuk via de adapter. Gebruik een paperclip of klem te helpen beveiligen van de kolf.
    1. Vet alle aansluitingen op een goede vacuüm afdichting te garanderen.
  6. Open alle kleppen en kranen op het spruitstuk, behalve Valve 6 en Driewegkraan 1 (figuur 4), en zet de vacuümpomp om het spruitstuk te evacueren. Zodra een stabiele vacuüm lezing van <1 mm Hg is bereikt, sluit het ventiel 1 en laat het spruitstuk te zitten voor ~ 15 min om te controleren op vacuümlekken. Als niets wordt gevonden, ga dan naar stap 2.8. Anders oplossen van de diverse aansluitingen totdat de lekken kunnen worden geïdentificeerd en opgelost.
  7. Eenpply magnetisch roeren aan het reactievat. Open klep 1 en Plugkraan 1 (figuur 4) aan de kopruimte van de 3 L reactievat geëvacueerd totdat de druk bereikt <1 mmHg.
  8. Sluit klep 1 (figuur 4) en bewaken van de druk in de 3 L reactiekolf. De gemeten druk moet verhogen om de dampdruk van water. Opdat geen lekken aanwezig, wacht ~ 5 minuten in deze fase. Als de druk (zoals te lezen op de manometer) verhoogt terwijl Valve 1 tijdens deze stap is gesloten, te controleren op lekkage in Stopcock 1 en de verschillende reactiekolf verbindingen. Als er geen lek is gevonden, gaat u verder met de volgende stap.

3. Introductie van gasvormige NH3

  1. Bereken de noodzakelijke druk gasvormig NH3 om in het verdeelstuk, zodat 200 mmHg NH3 wordt ingebracht in de reactiekolf. Details over hoe dit te doen vindt u in de sectie discussie.
  2. Sluiten Valves1 en 6, en Driewegkraan 1 (figuur 4) vóór de invoering van elk gas in het spruitstuk. Laat de andere kranen en kraan geopend.
  3. Breng NH3 in het verdeelstuk tot een kleine druk (ca. 10 mmHg) wordt bereikt en het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg door kraan 1 (figuur 4). Herhaal 3x.
  4. Introduceren NH3 in het spruitstuk om de druk bepaald in stap 3.1 te bereiken.
  5. Open Plugkraan 1 (figuur 4) tot 200 mmHg NH3 introduceren in de 3 L reactiekolf. De NH3 oplossen in het water in de reactiekolf en de druk langzaam dalen.
  6. Zodra de druk daalt stopt, sluit Plugkraan 1 (figuur 4) en noteer de druk gelezen door de manometer. Deze waarde geeft de druk in de kolf en wordt gebruikt om de druk van andere gassen die later in het spruitstuk worden ingevoerd te berekenen.
  7. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg.
  8. Sluit Klep 2 (figuur 4) en ontkoppel de NH 3 gasfles van het spruitstuk.

4. Introductie van CH 4

  1. Bereken de noodzakelijke druk CH4 worden ingebracht in het verdeelstuk, zodat 200 mmHg CH 4 worden ingebracht in de 3 L reactiekolf. Voorbeeld berekeningen worden in het gedeelte discussie.
  2. Sluit de CH 4 gasfles aan het spruitstuk.
  3. Open alle kleppen en kranen, behalve klep 6 en Plugkraan 1 (figuur 4), en het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg.
  4. Afsluiten klep 1 nadat het verdeelstuk is geëvacueerd (figuur 4).
  5. Introduceer CH 4 in het spruitstuk tot een kleine druk (ongeveer 10 mmHg) wordt verkregen. Dit zuivert de lijn van elke contaminant gassen frOM voorgaande stappen. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg. Herhaal 2x meer.
  6. Breng CH4 in het spruitstuk tot de druk berekend in stap 4.1 wordt bereikt.
  7. Open Plugkraan 1 (figuur 4) tot 200 mmHg CH4 te introduceren in de 3 L reactiekolf.
  8. Afsluiten Plugkraan 1 zodra de beoogde druk van CH 4 is geïntroduceerd in de 3 L reactiekolf (figuur 4) en noteer de druk gemeten door de manometer.
  9. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg.
  10. Sluit Klep 2 (figuur 4) en koppel de CH 4 cilinder uit het spruitstuk.

5. Introductie van andere gassen (bijv. N 2)

  1. Op dit punt, is het niet nodig om extra gassen voeren. Indien gewenst, is het raadzaam 100 mmHg N2 voegen. In dit geval berekent de noodzakelijke druk N2 te worden ingebracht in het verdeelstuk, zodat 100 mmHg N2 wordt ingevoerd in de 3 L reactiekolf. Voorbeeld berekeningen worden in het gedeelte discussie.
  2. Sluit de N 2 gasfles aan het spruitstuk.
  3. Open alle kleppen en kranen, behalve klep 6 en Plugkraan 1 (figuur 4), en het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg.
  4. Afsluiten klep 1 nadat het verdeelstuk is geëvacueerd (figuur 4).
  5. Introduceer N 2 in het spruitstuk tot een kleine druk (ongeveer 10 mmHg) wordt verkregen. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg. Herhaal 2x meer.
  6. Breng N2 in het spruitstuk tot de druk berekend in stap 5.1 wordt bereikt.
  7. Open Plugkraan 1 (figuur 4) tot 100 mmHg N2 introduceren in de reactiekolf.
  8. Afsluiten Plugkraan 1 zodra de beoogde druk van N2 is geïntroduceerd in de reactiekolf werd (figuur 4) en noteer de druk met de manometer.
  9. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg.
  10. Sluit Klep 2 (figuur 4) en koppel de N 2 cilinder uit het spruitstuk.

6. Gaat het Experiment

  1. Maak de reactiekolf van het verdeelstuk door het sluiten Plugkraan 1 en klep 1 (figuur 4) eenmaal alle gassen geïntroduceerd in de reactiekolf, zodat omgevingslucht het spruitstuk kan betreden en breng het verdeelstuk tot omgevingsdruk.
  2. Nadat de reactie kolf voorzichtig de stekker uit het spruitstuk, stelt de kolf ergens zal het niet worden verstoord (bijvoorbeeld in een lege zuurkast).
  3. Koppel de vacuümpomp en verwijder voorzichtig de koude val en laat ontluchten in een volledigoperationele zuurkast.
  4. Zet de Tesla spoel is aangesloten op de hoge frequentie vonk generator.
  5. Sluit de tegengestelde wolfraam elektrode een elektrische aarde de efficiënte doorgang van elektrische stroom over de spleet tussen de twee elektroden mogelijk.
  6. Stel de uitgangsspanning van de vonk generator om ongeveer 30.000 V, zoals beschreven in documenten bij de fabrikant.
  7. Voorafgaand aan de start van de vonk, sluit de zuurkast sjerp, om te dienen als een veiligheids schild tussen de apparatuur en de experimentator. Draai de Tesla spoel om het experiment te starten, en laat vonken te blijven voor 2 weken (of andere gewenste periode) in 1 uur aan / uit-cycli.

7. Einde Experiment

  1. Stoppen met het experiment door het uitschakelen van de Tesla spoel.
  2. Open Driewegkraan 1 (figuur 4) langzaam introduceren omgevingslucht in de reactie kolf en het verwijderen van de adapter en de wolframelektroden vergemakkelijken zo samples kunnen worden verzameld. Indien gewenst, kan een vacuüm worden gebruikt om de reactiekolf van schadelijke reactiegassen evacueren.

8. Het verzamelen van vloeibaar monster

  1. Met een gepyrolyseerd glazen pipet, verwijder vloeistofmonsters uit de reactiekolf werd voorzichtig blootstelling aan verontreinigingen, zoals die door op de pipet om het vacuüm vet of andere steriele oppervlakken wordt binnengebracht minimaliseren.
    1. Breng het monster op een steriele plastic of glazen houder. Kunststof houders zijn minder gevoelig voor scheuren of breken na bevriezing, tegenover glazen recipiënten.
  2. Seal monster containers en op te slaan in een vriezer kunnen bereiken temperaturen van -20 ° C of lager, als onoplosbare producten kunnen voorkomen dat het monster oplossing bevriest bij 0 ° C.

9. Reinigen van de Apparatuur

  1. Gebruik schone laboratorium doekjes om voorzichtig te verwijderen vacuüm vet van de hals van het apparaat, het aanpassenER en kranen, en het glas rondom de wolfram elektroden.
  2. Grondig reinigen van de zelfde oppervlakken in stap 9.1 met tolueen beschreven om volledig te verwijderen organische vacuüm vet van het glaswerk. Bij gebruik van siliconenvet, kan de hoog vacuüm vet op het glaswerk achterblijven na pyrolyse, het creëren van toekomstige problemen, zoals omschreven in de paragraaf discussie.
  3. De reactie kolf grondig te reinigen met een borstel en de volgende oplosmiddelen in volgorde: ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC), ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) met 5% schoonmaakmiddel, methanol, tolueen, methanol, ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) met 5% schoonmaakmiddel, en uiteindelijk ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC).
  4. Bedek alle geopende openingen van de reactie kolf in aluminiumfolie en wikkel de adapter en de onderdelen in aluminiumfolie.
  5. Zodra alle glaswerk werd in aluminiumfolie gewikkeld, pyrolyseren minstens 3 uur inlucht bij 500 ° C.
  6. Voorzichtig schoon elektroden met methanol en laat drogen aan de lucht.

10. Sample Analysis

Opmerking: Bij de voorbereiding van monsters voor analyse, is het gebruik van een zure hydrolyse protocol zoals beschreven elders in detail 15, is nuttig voor het verkrijgen van meer aminozuren. Hydrolyse van een gedeelte van de teruggewonnen monster biedt de mogelijkheid om zowel vrije aminozuren en hun zuur-labiele precursors die worden gesynthetiseerd onder abiotische omstandigheden geanalyseerd.

  1. Voor aminozuur analyse, gebruik dan een geschikte techniek (zoals vloeistofchromatografie en massaspectrometrie-gebaseerde methoden, of andere geschikte methoden). Dergelijke analytische technieken omvatten hoge prestatie vloeistofchromatografie met fluorescentie detectie (HPLC-FD) 14 en ultrahoge druk vloeistofchromatografie met fluorescentiedetectie parallel met time-of-flight positieve elektrospray ionisatie massaspectrometrie (UHPLC-FD/ToF-MS) 12,13. Dit manuscript beschrijft de analyse met behulp van massaspectrometrische analyses via een triple quadrupool massaspectrometer (QqQ-MS) in combinatie met HPLC-FD.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

De producten gesynthetiseerd in elektrische ontlading experimenten kan heel complex en er zijn talrijke analytische benaderingen die kunnen worden gebruikt om ze te bestuderen. Enkele algemeen gebruikte technieken in de literatuur voor de analyse aminozuren worden hier besproken. Chromatografische en massaspectrometrische methoden zijn zeer informatieve technieken voor het analyseren van de complexe chemische mengsels geproduceerd door het type Miller-Urey vonk ontlading experimenten. Aminozuur analyse kan worden uitgev...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Talrijke stappen in het protocol hier beschreven zijn van cruciaal belang voor het uitvoeren van Miller-Urey soort experimenten veilig en correct. Eerst worden alle glaswerk en monsterbehandeling gereedschappen die in contact met de reactiekolf of monster komen moeten worden gesteriliseerd. Sterilisatie wordt bereikt door te spoelen de betrokken producten met ultrazuiver water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) en omwikkelen in aluminiumfolie, voordat pyrolyse bij 500 ° C in lucht gedurende ten minste 3 uur. Zodra de apparatuu...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

Dankbetuigingen

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

Dit werk werd gezamenlijk ondersteund door de NSF en NASA Astrobiologie Program, onder de NSF Center for Chemical Evolution, CHE-1004570, en het Goddard Center for Astrobiologie. ETP wil graag verstrekt door de NASA Planetary Biology Internship Program aanvullende financiering te erkennen. De auteurs willen ook Dr Asiri Galhena bedanken voor onschatbare hulp bij het opzetten van de eerste laboratoriumfaciliteiten.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Glass Plugs voor ManifoldChemglassCG-983-01
Hoge Vacuum VetApiezonN/AType M/N
Silicone Hoge Vacuum VetDow Corning1597418
Teflon PFA BuizenMcMaster-Carr51805K54
Ultra-Torr Vacuum FittingsSwagelokSS-4-UT-6
Droge Scroll Vacuum PompEdwardsA72401905
U-buis ManometerAlta-Robbins100SS
Wolfraam ElektrodenDiamond Ground ProductsTH2-1/162% thorium gedoopt
MethanolAlfa AesarN/AUltrapuur HPLC Grade
Teflon-gecoate Magnetische RoerstaafMcMaster-Carr5678K127
Gasvormige NH3AirgasAMAHLB99,99% zuiverheid
Gasvormige CH4 AirgasME UHP30099,99% zuiverheid
Gasvormige N2AirgasNI UHP30099,999% zuiverheid
Tesla SpoelElectro-Technic Products15001Model BD-50E
24 uur Plug-in Basis TimerGeneral Electric Company15119
ReinigingsmiddelAlconox1104
TolueenThermo Fisher ScientificN/AOptima Grade
Luna Phenyl-Hexyl HPLC KolomPhenomenex00G-4257-E0Merk: Luna
MierenzuurSigma-AldrichF0507Gebruikt om 50 mM ammoniumformiaat te maken

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Miller Urey experimentvonkontladingoersfeerelektrische ontladingaminozuuranalysehogedrukvloeistofchromatografiefluorescentiedetectievacu msysteemgasverdeelstukwolfraamelektroden

Gerelateerde artikelen