Summary
كانت تجربة ميلر أوري دراسة رائدة حول التوليف غير الحيوية من المركبات العضوية ذات الأهمية المحتملة لأصل الحياة. أدخلت الغازات بسيطة في جهاز الزجاج وتخضع لالتفريغ الكهربائي، ومحاكاة آثار البرق في نظام الغلاف الجوي والمحيطات والأرض البدائية. وقد أجريت التجربة لمدة أسبوع، وبعد ذلك، تم تحليل العينات التي تم جمعها من أنها لبنات البناء الكيميائي للحياة.
Abstract
في عام 1953، حسبما ذكرت ستانلي ميلر إنتاج الجزيئات الحيوية من المواد الأولية الغازية بسيطة، وذلك باستخدام جهاز شيدت لمحاكاة نظام الغلاف الجوي والمحيطات والأرض البدائية. قدم ميلر 200 مل من الماء، و 100 ملم زئبقي من H 2، 200 ملم زئبقي من CH 4، و 200 ملم زئبقي من NH 3 في الجهاز، ثم تعرض هذا الخليط، تحت التكثيف، إلى التفريغ الكهربائي لمدة أسبوع، في حين كان الماء في وقت واحد ساخنة. الغرض من هذا المخطوط هو تزويد القارئ مع بروتوكول التجريبية العامة التي يمكن استخدامها لإجراء نوع ميلر أوري التجربة تصريف شرارة، وذلك باستخدام مبسطة 3 L رد فعل قارورة. منذ التجربة ينطوي على تعريض غازات قابلة للاشتعال لتفريغ كهربائي عالي الجهد، يجدر تسليط الضوء على الخطوات الهامة التي تقلل من خطر الانفجار. يمكن استقراء الإجراءات العامة وصفها في هذا العمل لتصميم وإجراء مجموعة واسعة من تجربة التفريغ الكهربائيق محاكاة بيئات الكواكب البدائية.
Introduction
طبيعة أصل الحياة على الأرض لا تزال واحدة من أعقد المسائل العلمية غامض. في 1920s اقترح عالم الأحياء الروسي الكسندر Oparin والبريطانية والوراثة التطوري الأحياء جون هالدين مفهوم "الحساء البدائي" 1،2، واصفا المحيطات الأرضية البدائية التي تحتوي على المركبات العضوية التي قد تكون سهلت التطور الكيميائية. ومع ذلك، لم يكن حتى 1950s عندما بدأت الكيميائيين لإجراء الدراسات المختبرية متعمدة تهدف إلى فهم كيف يمكن أن الجزيئات العضوية قد تم تصنيعه من المواد الأولية البسيطة على الأرض في وقت مبكر. كان واحدا من التقارير الأولى لهذه الغاية تخليق حمض الفورميك من تشعيع مائي CO 2 حلول عام 1951 3.
في عام 1952، ستانلي ميلر، ثم وهو طالب دراسات عليا في جامعة شيكاغو، اقترب هارولد أوري عن القيام تجربة لتقييم إمكانية أن المركبات العضويةالمهم لأصل الحياة قد تشكلت abiologically على الأرض في وقت مبكر. وقد أجريت التجربة باستخدام جهاز الزجاج مبنية خصيصا (الشكل 1A) مصممة لمحاكاة الأرض البدائية. تجربة ميلر تحاكي البرق بفعل التفريغ الكهربائي على مزيج من الغازات التي تمثل الغلاف الجوي في وقت مبكر، في وجود خزان للمياه السائلة، التي تمثل المحيطات في وقت مبكر. أيضا محاكاة جهاز التبخر وهطول الأمطار من خلال استخدام عباءة التدفئة ومكثف، على التوالي. تفاصيل محددة عن جهاز يستخدم ميلر يمكن العثور في أي مكان آخر 4. بعد أسبوع من اثارة، تم تحويل محتويات القارورة بشكل واضح. الماء تحولت عكر، اللون المحمر 5 والأصفر والبني المواد المتراكمة على الأقطاب 4. ويعتبر هذا العمل الرائد لتكون أول المتعمد، والتوليف كفاءة من الجزيئات الحيوية في ظل ظروف الأرض البدائية المحاكاة. 
الشكل 1. المقارنة بين هذين النوعين من الأجهزة التي تمت مناقشتها في هذه الورقة. الجهاز الكلاسيكية المستخدمة للتجربة ميلر أوري الأصلي (A) وأجهزة مبسطة المستخدمة في بروتوكول المذكورة هنا (B). اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
بعد نشر عام 1953 من نتائج التجربة الكلاسيكية ميلر، اختلافات عديدة من التجربة تصريف شرارة، على سبيل المثال باستخدام خليط من غازات أخرى أجريت، لاستكشاف معقولية إنتاج المركبات العضوية الهامة للحياة في إطار مجموعة من الشروط الأرض مبكرة محتملة. على سبيل المثال، CH 4 2 O / NH 3 / H تم اختبار 2 خليط الغاز S لقدرته على إنتاج الأحماض المحتوية على الكبريت مشفرة α-الأمينية، وعلى الرغم من أن هذه لم يتم اكتشاف 6. أظهرت اللوني الشامل الغاز الطيف (GC-MS) تحليل لCH 4 / NH 3 خليط تخضع لتفريغ كهربائي تركيب α-aminonitriles، والتي الأمينية حمض السلائف 7. في عام 1972، وذلك باستخدام جهاز أبسط، لأول مرة من قبل ووادي الذهب 8 (الشكل 1B)، تظاهر ميلر وزملاؤه تركيب جميع الأحماض الأمينية α-9 مشفرة والأحماض الأمينية اللابروتيني 10 التي تم تحديدها في نيزك مورشيسون حتى الآن، بإخضاع CH 4، N 2، وكميات صغيرة من NH 3 إلى التفريغ الكهربائي. في وقت لاحق، وذلك باستخدام نفس هذا التصميم التجريبي مبسطة، مخاليط الغاز التي تحتوي على H 2 O، N 2، وCH 4، CO 2، CO أو وأثار لستودى العائد من سيانيد الهيدروجين، والفورمالديهايد، والأحماض الأمينية بوصفها وظيفة من الدولة أكسدة الأنواع الكربون في الغلاف الجوي 11.
بالإضافة إلى استكشاف التصاميم التجريبية البديلة على مدى السنوات، حدثت التطورات التحليلية كبيرا منذ تجربة ميلر الكلاسيكية، والتي ساعدت مؤخرا تحقيقات أكثر تفحصا من العينات التجريبية التفريغ الكهربائي أرشفة بواسطة ميلر، من شأنه أن تم بتسهيل من التقنيات كان ميلر الوصول إلى في 1950s. تجربة ميلر البركانية 12، لاول مرة في عام 1955 4، و1958 H 2 عرضت S المحتوية على تجربة 13 قد شكلت مجموعة متنوعة أوسع، وفرة أكبر، العديد من الأحماض الأمينية والأمينات من التجربة الكلاسيكية، بما في ذلك كثير منها أن لم يتم تحديدها من قبل في تجارب التفريغ شرارة.
ويمكن إجراء هذه التجربة وصفها في هذه الورقة باستخداممجموعة متنوعة من مخاليط الغاز. عادة، على أقل تقدير، سوف تحتوي على مثل هذه التجارب غاز C الحاملة، وهو غاز N-اضعة، والماء. مع بعض التخطيط، أي ما يقرب من خليط من الغازات يمكن استكشافها، ومع ذلك، فمن المهم النظر في بعض الجوانب الكيميائية للنظام. على سبيل المثال، يمكن أن درجة الحموضة من المرحلة المائية يكون لها تأثير كبير على الكيمياء التي تحدث هناك 14.
تم الطريقة الموصوفة هنا مصممة لإرشاد الباحثين كيفية إجراء تجارب التفريغ الشرارة التي تشبه التجربة ميلر أوري باستخدام مبسطة عاء التفاعل 3 L، كما هو موضح في عام 1972 المنشورات ميلر 9،10. منذ هذه التجربة ينطوي على القوس الكهربائي ذات الجهد العالي تعمل على غازات قابلة للاشتعال، لا بد من إزالة O 2 من دورق التفاعل للقضاء على خطر الانفجار، والتي يمكن أن تحدث عند احتراق خفض الغازات الحاملة للكربون مثل الميثان أو غاز أول أكسيد الكربون، أو رد فعل سو H 2 مع الأكسجين.
هناك تفاصيل إضافية التي يجب أن يوضع في الاعتبار عند إعداد لإجراء التجربة تمت مناقشتها هنا. الأولى، عندما تعمل مع خطوط فراغ الزجاج والغازات المضغوطة، هناك الخطر المتأصل في كل من الانهيار والإفراط في الضغط، لذلك، يجب إرتداء نظارات السلامة في جميع الأوقات، وثانيا، وعادة ما تجرى التجربة في أقل من الضغط الجوي. هذا يقلل من خطر الإفراط في الضغط على مشعب ودورق التفاعل. الأواني الزجاجية قد يتم تقييم عند أو فوق الضغط الجوي، ومع ذلك، لا ينصح الضغوط أعلاه 1 أجهزة الصراف الآلي. الضغوط قد تزيد في هذه التجارب كما H غير قابلة للذوبان في الماء 2 يتحرر من خفض الغازات (مثل CH 4 و NH 3). يمكن أن يؤدي الإفراط في الضغط إلى تسرب الختم، والتي يمكن أن تسمح O 2 في الغلاف الجوي للدخول في دورق التفاعل، مما يجعل من الممكن للحث على الاحتراق، مما أدى إلى انفجار. الثالثة،ينبغي أن يوضع في الاعتبار أن تعديل هذا البروتوكول لإجراء أشكال مختلفة من التجربة يتطلب التخطيط الدقيق لضمان عدم خلق ظروف غير آمنة. الرابع، يوصى بشدة أن المجرب المحتملين من خلال قراءة البروتوكول بأكمله عدة مرات بعناية قبل محاولة هذه التجربة للتأكد من انه أو انها على دراية المزالق المحتملة وأن جميع الأجهزة اللازمة متوفرة في مكان و. أخيرا، إجراء التجارب التي تنطوي على الغازات القابلة للاحتراق تتطلب الامتثال الصحة البيئية والسلامة المبادئ التوجيهية للإدارات المؤسسة المضيفة المجرب ل. يرجى مراعاة هذه التوصيات قبل الشروع في أي تجارب. جميع الخطوات المفصلة في البروتوكول هنا هي في الامتثال المضيف المبادئ التوجيهية الصحة البيئية والسلامة المؤسسية المؤلفين.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. وضع نظام المنوع / فراغ
- استخدام الزجاج متعددة لإدخال الغازات في دورق التفاعل. هذا مشعب يمكن شراؤها أو التي شيدت من قبل منشأة نفخ الزجاج، ولكن يجب أن تشمل الموانئ فراغ ضيق التي يمكن توصيلها إلى نظام فراغ، واسطوانات الغاز، وهو مقياس فراغ، وعاء التفاعل.
- استخدام الزجاج المفاصل الأرض والمقابس الزجاج مع الصمامات على مشعب. التأكد من أن جميع حلقات O على المقابس قادرون على صنع الاختام اللازمة. في حالة استخدام الزجاج المفاصل، وكمية كافية من الشحوم فراغ يمكن تطبيقها للمساعدة في جعل ختم، إذا لزم الأمر. السيليكون الشحوم فراغ يمكن استخدامها لتجنب التلوث العضوية المحتملة.
- استخدام الصمامات الزجاج على مشعب. تطبيق الحد الأدنى من فراغ الشحوم اللازمة لجعل الختم.
- قياس حجم متعددة. سيتم استخدام هذا المجلد لإجراء العمليات الحسابية المتعلقة الضغوط الغاز النهائية في 3 L رد فعل قارورة وينبغي أن يكون معروفا على وجه الدقة. ما لم يكن لديها ما يكفي متعددة اتصالات لاستيعاب جميع اسطوانات الغاز في وقت واحد، وربط اسطوانة واحدة في وقت لمشعب. تدرج في هذا الصدد، حنفية السماح مشعب أن تكون معزولة عن الجو المحيط.
- استخدام مناسبة ونظيفة، خامل، والكيميائية وتسرب أنابيب مقاومة والتجهيزات فراغ ultratorr لتوصيل اسطوانات الغاز الى مشعب. التجهيزات Ultratorr، حيث استخدمت، أن تكون تشديد إصبع.
- اتصال متعددة، ومضخة فراغ قادرة على إنشاء فراغ <1 مم زئبق. يجب أن يكون موجودا العادم مضخة فراغ داخل غطاء الدخان، أو تنفيس بشكل صحيح عن طريق وسائل أخرى.
- لضمان تحقيق السريع للفراغ وحماية المضخة، اضافة الى وجود فخ بين متعددة ومضخة فراغ. ينصح السائل النيتروجين الاصبع فخ لأنها سوف تمنع المواد المتطايرة مثل NH 3، CO 2 و H 2 O من دخول المضخة. ينبغي توخي الحذر، والمواد المتطايرة المحاصرين، عند واrming، قد مشعب الضغط الزائد وتؤدي إلى تمزق الزجاج.
- الاتصال المتعددة، ومقياس ضغط الدم أو غيرها من قياس الفراغ قادر على 1 مم زئبق القرار أو أفضل منه. بينما الأجهزة المختلفة يمكن استخدامها، ومقياس ضغط الدم الزئبق، أو مقياس ماكلويد، يفضل كما هو الزئبق متأخرا إلى حد ما.
- قياس وتسجيل درجة الحرارة المحيطة باستخدام ميزان حرارة مناسبة.
2. إعداد رد فعل قارورة
- تسخين جميع الأواني الزجاجية عند 500 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 3 ساعة في الهواء قبل استخدامها، لإزالة الملوثات العضوية.
- تنظيف أقطاب التنغستن عن طريق غسل بلطف مع مناديل المختبر نظيفة والميثانول، والتجفيف في الهواء.
- صب 200 مل من الماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC) في 3 L رد فعل قارورة.
- يعرض شريط مغناطيسي precleaned وتعقيمها، والتي سوف ضمان حل سريع للغازات القابلة للذوبان وخلط المواد المتفاعلة أثناء السابقينperiment.
- نعلق الأقطاب الكهربائية التنغستن إلى 3 L دورق التفاعل باستخدام كمية ضئيلة من الشحوم فراغ، مع نصائح مفصولة حوالي 1 سم داخل القارورة. ربط مع لقطات.
- إدراج محول مع محبس المدمج في في الرقبة من 3 L رد فعل قارورة وتأمين مع مقطع.
- نعلق 3 L رد فعل قارورة لمشعب الغاز عبر محول. استخدام المشبك مقطع أو للمساعدة في تأمين القارورة.
- بخفة الشحوم كافة الاتصالات لضمان ختم فراغ جيدة.
- فتح جميع الصمامات والصمامات على مشعب، باستثناء صمام محبس 6 و 1 (الشكل 4)، وتشغيل مضخة فراغ لاجلاء متعددة. مرة واحدة وقد تم تحقيق قراءة مستقرة من فراغ <1 ملم زئبقي، صمام إغلاق 1 والسماح متعددة للجلوس ل~ 15 دقيقة للتحقق من وجود تسرب فراغ. إذا تم الكشف عن لا شيء، انتقل إلى الخطوة 2.8. خلاف ذلك استكشاف الاتصالات المختلفة حتى يمكن التعرف على التسريبات وإصلاحها.
- Aبتقديم طلب التحريك المغناطيسي لوعاء التفاعل. فتح صمام محبس 1 و 1 (الشكل 4) لاخلاء فراغ الرأس من 3 L رد فعل قارورة حتى وصلت الى الضغط <1 مم زئبق.
- إغلاق صمام 1 (الشكل 4) ومراقبة الضغط داخل 3 L رد فعل قارورة. قياس الضغط يجب أن يرتفع إلى ضغط بخار الماء. لضمان عدم تسرب موجودة، انتظر ~ 5 دقائق في هذه المرحلة. إذا كان الضغط (كما قرأت على مقياس ضغط الدم) يزيد أثناء إغلاق صمام 1 خلال هذه الخطوة، والتحقق من وجود تسرب في محبس 1 ومختلف الاتصالات دورق التفاعل. إذا تم العثور على أي تسرب، انتقل إلى الخطوة التالية.
3. إدخال الغازية NH 3
- حساب الضغط اللازم من الغازية NH 3 لندخل في مشعب بحيث 200 ملم زئبقي من NH 3 سيتم إدخالها في دورق التفاعل. وتقدم التفاصيل حول كيفية القيام بذلك في قسم مناقشة.
- وثيقة صمامات1 و 6، ومحبس 1 (الشكل 4) قبل إدخال أي غاز في مشعب. ترك الصمامات الأخرى ومحبس مفتوحة.
- أعرض NH 3 في مشعب حتى يتم التوصل إلى الضغط صغيرة (حوالي 10 مم زئبق) ومن ثم إخلاء متعددة لضغط من <1 مم زئبق عن طريق فتح صمام 1 (الشكل 4). تكرار 3X.
- أعرض NH 3 في مشعب للوصول إلى ضغط تحديدها في الخطوة 3.1.
- فتح محبس 1 (الشكل 4) لإدخال 200 ملم زئبقي من NH 3 في 3 L رد فعل قارورة. فإن NH 3 تذوب في الماء في دورق التفاعل وسوف تقع الضغط ببطء.
- بمجرد الضغط يتوقف اسقاط وثيقة محبس 1 (الشكل 4) وتسجيل ضغط تلاه مقياس ضغط الدم. تمثل هذه القيمة الضغط داخل القارورة وسوف تستخدم لحساب الضغوط للغازات الأخرى التي سيتم إدخالها في مشعب في وقت لاحق.
- إغلاق صمام 2 (الشكل 4) وافصل اسطوانة الغاز NH 3 من مشعب.
4. إدخال CH 4
- حساب الضغط اللازم من CH 4 إلى إدخالها في مشعب بحيث 200 ملم زئبقي من CH 4 سيتم إدخالها في 3 L رد فعل قارورة. وتظهر الحسابات سبيل المثال في قسم مناقشة.
- توصيل أسطوانات الغاز CH 4 إلى مشعب.
- فتح جميع الصمامات والصمامات، باستثناء صمام محبس 6 و 1 (الشكل 4)، وإخلاء متعددة لضغط من <1 مم زئبق.
- وثيقة صمام 1 مرة واحدة وقد تم اجلاء مشعب (الشكل 4).
- أعرض CH 4 في مشعب حتى يتم الحصول على الضغط صغيرة (حوالي 10 مم زئبق). هذا التطهير خط أي غازات ملوثة الابالسابقة ام الخطوات. فتح صمام 1 (الشكل 4) لاخلاء متعددة ل<1 مم زئبق. تكرار 2X أكثر من ذلك.
- أعرض CH 4 في مشعب حتى الضغط المحسوبة في الخطوة 4.1، يتم التوصل إليه.
- فتح محبس 1 (الشكل 4) لإدخال 200 ملم زئبقي من CH 4 إلى 3 L رد فعل قارورة.
- وثيقة محبس 1 مرة واحدة وقد تم إدخال الضغط المقصود من CH 4 إلى 3 L رد فعل قارورة (الشكل 4) وتسجيل ضغط يقاس مقياس ضغط الدم.
- فتح صمام 1 (الشكل 4) لاخلاء متعددة ل<1 مم زئبق.
- إغلاق صمام 2 (الشكل 4) وفصل CH 4 أسطوانات من مشعب.
5. إدخال مزيد من غازات (مثل N 2)
- عند هذه النقطة، فإنه ليس من الضروري أن أعرض الغازات إضافية. ومع ذلك، إذا رغبت في ذلك، فمن المستحسن لإضافة 100 ملم زئبقي من N 2. في هذه الحالة، وحساب الضغط اللازم من N 2 إلى إدخالها في مشعب مثل أن 100 ملم زئبقي من N 2 سيتم عرضه في 3 L رد فعل قارورة. وتظهر الحسابات سبيل المثال في قسم مناقشة.
- توصيل اسطوانة غاز N 2 إلى مشعب.
- فتح جميع الصمامات والصمامات، باستثناء صمام محبس 6 و 1 (الشكل 4)، وإخلاء متعددة لضغط من <1 مم زئبق.
- وثيقة صمام 1 مرة واحدة وقد تم اجلاء مشعب (الشكل 4).
- أعرض N 2 في مشعب حتى يتم الحصول على الضغط صغيرة (حوالي 10 مم زئبق). فتح صمام 1 (الشكل 4) لاخلاء متعددة ل<1 مم زئبق. تكرار 2X أكثر من ذلك.
- أعرض N 2 في مشعب حتى يتم الوصول إلى الضغط المحسوب في الخطوة 5.1.
- فتح محبس 1 (الشكل 4) لإدخال 100 ملم زئبقي من N 2 في دورق التفاعل.
- وثيقة محبس 1 مرة واحدة وقد تم إدخال الضغط المقصود من N 2 في دورق التفاعل، (الشكل 4) وتسجيل الضغط باستخدام مقياس ضغط الدم.
- فتح صمام 1 (الشكل 4) لاخلاء متعددة ل<1 مم زئبق.
- إغلاق صمام 2 (الشكل 4) وقطع الاسطوانة N 2 من مشعب.
6. بداية التجربة
- فصل دورق التفاعل من مشعب عن طريق إغلاق محبس 1 وصمام 1 (الشكل 4) مرة واحدة وقد تم إدخال جميع الغازات في دورق التفاعل، بحيث الهواء المحيط قد تدخل المتعددة وتقديم متعددة تصل إلى الضغط المحيط.
- بعد فصل بعناية دورق التفاعل من متعددة، وتعيين القارورة في مكان ما لن تكون منزعجة ذلك (على سبيل المثال داخل غطاء الدخان فارغة).
- افصل مضخة الفراغ وإزالة بعناية في فخ الباردة والسماح التنفيس داخل بالكاملالتشغيلية غطاء الدخان.
- تأمين لفائف تسلا متصلا عالية التردد مولد شرارة.
- الاتصال العكس التنغستن القطب إلى الأرض الكهربائية لتمكين مرور كفاءة من التيار الكهربائي عبر الفجوة بين القطبين.
- تعيين الجهد الناتج من المولد إلى ما يقرب من 30،000 شرارة V، على النحو الذي فصله الوثائق المتاحة من الشركة المصنعة.
- قبل بدء شرارة، أغلق غطاء الدخان وشاح، لتكون بمثابة درع السلامة بين أجهزة والمجرب. تحويل لفائف تسلا على أن تبدأ التجربة، والسماح مما أثار أن يستمر لمدة 2 أسابيع (أو فترة أخرى مرغوبة) في 1 ساعة تشغيل / إيقاف دورات.
7. نهاية التجربة
- إيقاف التجربة عن طريق إيقاف لفائف تسلا.
- فتح محبس 1 (الشكل 4) لإدخال الهواء المحيط ببطء في دورق التفاعل وتسهيل إزالة محول والأقطاب الكهربائية التنغستن ذلك ساويمكن جمع mples. إذا رغبت في ذلك، فراغ يمكن استخدامها لإخلاء دورق التفاعل من الغازات الضارة رد فعل.
8. جمع عينة السائل
- باستخدام ماصة الزجاج pyrolyzed، وإزالة عينات السائل من دورق التفاعل، والحرص على التقليل من التعرض للملوثات، مثل تلك التي قد تكون أدخلت عن طريق لمس ماصة للالشحوم فراغ أو الأسطح غير المعقمة الأخرى.
- نقل العينة إلى بلاستيكية معقمة أو الزجاج عاء. أوعية من البلاستيك هي أقل عرضة للتشقق أو كسر على تجميد، مقارنة أوعية زجاجية.
- حاويات ختم العينة وتخزينها في الفريزر قادرة على الوصول إلى درجة حرارة -20 درجة مئوية أو أقل، كما قد تمنع منتجات غير قابلة للذوبان في محلول العينة من التجمد في 0 درجة مئوية.
9. تنظيف جهاز
- استخدام المختبر نظيفة مناديل لإزالة الشحوم فراغ بعناية من عنق الجهاز، والتكيفإيه ومحبس، والزجاج المحيطة أقطاب التنغستن.
- تماما تنظيف الأسطح نفسه هو موضح في الخطوة 9.1 مع التولوين لإزالة الشحوم فراغ كامل العضوية من الأواني الزجاجية. في حالة استخدام الشحوم السيليكون، قد تبقى الشحوم فراغ عالية على الأواني الزجاجية بعد الانحلال الحراري، وخلق مشاكل في المستقبل، كما هو مفصل في القسم مناقشة.
- تنظيف شامل في دورق التفاعل مع فرشاة والمذيبات التالية بالترتيب: الماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC)، الماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC) مع 5٪ التنظيف والمنظفات والميثانول، التولوين، الميثانول والماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC) مع 5٪ التنظيف والمنظفات، وأخيرا الماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC).
- تغطية جميع فتحات مفتوحة من دورق التفاعل مع رقائق الألومنيوم والتفاف محول ومكوناته في رقائق الألومنيوم.
- مرة واحدة وقد تم التفاف جميع الأواني الزجاجية في رقائق الألومنيوم، pyrolyze لا يقل عن 3 في ساعةالهواء في 500 درجة مئوية.
- أقطاب نظيفة بلطف مع الميثانول والسماح الهواء الجاف.
10. تحليل عينة
ملاحظة: عند إعداد العينات للتحليل، وقد وصفت استخدام بروتوكول التحلل حمض مثل بالتفصيل في مكان آخر 15، مفيد للحصول على الأحماض الأمينية أكثر. التحلل من جزء من العينة المستردة يتيح الفرصة لتحليل كل من الأحماض الأمينية الحرة وكذلك السلائف حمض عطوب الخاصة التي يتم توليفها في ظل ظروف غير الحيوية.
- لتحليل الأحماض الأمينية، واستخدام تقنية مناسبة (مثل اللوني السائل والأساليب المستندة إلى مطياف الكتلة، أو النهج مناسبة أخرى). وتشمل هذه التقنيات التحليلية عالية الأداء اللوني السائل مع الكشف عن مضان (HPLC-FD) 14، وعالية جدا الأداء اللوني السائل مع الكشف عن مضان بالتوازي مع مرور الوقت من الطيران إيجابية مطياف الكتلة electrospray التأين (UHPLC-FD/ToF-MS) 12،13. يصف هذا المخطوط التحليل الطيفي الشامل باستخدام تحليلات عن طريق الثلاثي رباعية مطياف الكتلة (MS-QQQ) بالتزامن مع HPLC-FD.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
المنتجات توليفها في تجارب التفريغ الكهربائي يمكن أن تكون معقدة جدا، وهناك العديد من المقاربات التحليلية التي يمكن استخدامها لدراستها. وتناقش بعض التقنيات المستخدمة أكثر شيوعا في الأدبيات لتحليل الأحماض الأمينية هنا. طرق الطيفي الكروماتوغرافي والكتلة هي تقنيات معلوماتية عالية لتحليل مخاليط كيميائية معقدة تنتجها نوع ميلر أوري التجارب تصريف شرارة. تحليل الأحماض الأمينية يمكن أن تتم باستخدام س -phthaldialdehyde/N-acetyl-L-cysteine (OPA / NAC) 16، وزوج كاشف مراوان أن العلامات المجموعات الأمينية الأساسية، مما أسفر عن المشتقات diastereomer الفلورسنت التي يمكن فصلها على مرحلة ثابتة الكيرالية. الشكل 2 يظهر اللوني من مستوى التلوث النفطي / NAC-derivatized الأحماض الأمينية التي حصل عليها HPLC جانب لمضان الكشف وQQQ-MS. وتشمل الأحماض الأمينية الواردة في المعيار تلك التي تنتج عادة في ميلر أوري ديس نوع شرارةتهمة التجارب. يتم سرد هويات هذه الأحماض الأمينية في الجدول 1. وتظهر آثار مضان ممثل عينة نموذجية وفارغة تحليلية في الشكل 3، مما يدل على التعقيد الجزيئي للنوع ميلر أوري عينات التفريغ الكهربائي. تم إنتاج العينة اللوني في الشكل 3 من تجربة التفريغ شرارة باستخدام الظروف بدءا التالية: 300 مم زئبق من CH 4، 250 ملم زئبقي من NH 3، و 250 مل من الماء.
الشكل 2. والحد الأدنى 3-21 المنطقة من المخططات الاستشرابية HPLC-FD/QqQ-MS تنتج من تحليل مستوى الأحماض الأمينية OPA / NAC derivatized. وترد الأحماض الأمينية الهويات قمة في الجدول 1. يظهر أثر مضان في أسفل والمقابلة ماس المستخرجوترد ق الاستشرابية أعلاه. تم تشغيل التأين electrospray (ESI) QQQ-MS في وضع إيجابي ورصد مجموعة وكتلة من 50-500 م / ض. كانت الإعدادات ESI: الغاز desolvation (N 2) درجة حرارة: 350 درجة مئوية، 650 لتر / ساعة؛ الجهد الشعري: 3.8 كيلو فولت؛ مخروط الجهد: 30 خامسا قمم غير المسماة في 367 المستخرجة اللوني ايون هي 13 ج 2 من القمم 365 المستخرجة اللوني ايون، نتيجة وفرة الطبيعية ما يقرب من 1٪ من 13 C. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
| قمة | حمض أميني |
| 1 | حمض الأسبارتيك-D |
| 2 | حمض الأسبارتيك-L |
| 3 | حمض الجلوتاميك-L |
| 4 | حمض الجلوتاميك-D |
| 5 | D-سيرين |
| 6 | L-سيرين |
| 7 | الجلايسين |
| 8 | ب ألانين |
| 9 | D-ألانين |
| 10 | ز الأمينية ن زبدي حمض (ز ABA) |
| 11 | L-ألانين |
| DB-الأمينية ن زبدي حمض (DB-ABA) | |
| 13 | على بعد aminoisobutyric حمض (أ-AIB) |
| 14 | رطل الأمينية ن زبدي حمض (LB-ABA) |
| 15 | D / لا الأمينية ن زبدي حمض (D / لا-ABA) |
| 16 | D-isovaline |
| 17 | L-isovaline |
| 18 | L-حمض أميني أساسي |
| 19 | الأمينية ه ن الكابرويك حمض (جمال) |
| 20 | D-حمض أميني أساسي |
| D-آيسولوسين | |
| 22 | L-آيسولوسين |
| 23 | D / L-يسين |
الجدول 1. ويتم إنتاج الهويات الذروة لاكتشاف الأحماض الأمينية في مستوى والتي عادة في نوع ميلر أوري التجارب تصريف شرارة.
الرقم 3. والحد الأدنى 3-21 المنطقة من المخططات الاستشرابية ممثل HPLC-FD من نوع ميلر أوري التجارب تصريف شرارة. تم تحديد قمم وquantitated بواسطة الوقت الاحتفاظ والتحليل الشامل للمركبات الهدف مقارنة فارغة القياسية والتحليلية. آنا كل هدف lytes مع أوقات coeluting الاحتفاظ مضان يمكن فصلها وquantitated باستخدام مطياف الكتلة، باستثناء α-AIB وL-β-ABA (قمم 13 و 14)، وD / L-نورلوسين التي coelutes مع D / L-يسين (الذروة 23)، وفقا للشروط الكروماتوغرافي المستخدمة. وأضيف D / L-نورلوسين كمعيار داخلي لعينات والفراغات التحليلية أثناء إعداد العينة. وقد تحقق الانفصال الأحماض الأمينية باستخدام 4.6 مم × 250 مم، 5 ميكرون حجم الجسيمات فينيل-HPLC هيكسيل العمود. كان يتألف الطور المتحرك من: أ) الماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC)، B) والميثانول، وC) فورمات الأمونيوم 50 ملم مع 8٪ الميثانول، في درجة الحموضة 8. التدرج المستخدمة كانت في: 0-5 دقيقة، 100٪ C؛ 5-15 دقيقة، 0-83٪ A، 0-12٪ B، C 100-5٪؛ 15-22 دقيقة، 83-75٪ A، 12 - 20٪ B، C 5٪؛ 22-35 دقيقة، 75-35٪ A، B 20-60٪، 5٪ C؛ 35-37 دقيقة، 35-0٪ A، B 60-100٪، 5-0٪ C؛ 37-45 دقيقة، 100٪ B، وكان معدل تدفق 45-46 دقيقة، 100-0٪ B، C 0-100٪ 46-55 دقيقة، 100٪ C. 1 مل / دقيقة.hres.jpg "الهدف =" _blank "> اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
خطوات عديدة في بروتوكول الموصوفة هنا هي الحاسمة لإجراء تجارب ميلر أوري نوع بأمان وبشكل صحيح. الأولى، وجميع الأواني الزجاجية والتعامل مع عينة الأدوات التي سوف تأتي في اتصال مع دورق التفاعل أو عينة تحتاج إلى أن تكون معقمة. ويتحقق التعقيم من قبل الشطف بدقة العناصر في السؤال مع الماء عالى النقاء (18.2 MΩ سم، <5 جزء في البليون TOC) ثم يلف لهم في رقائق الألومنيوم، قبل pyrolyzing في 500 درجة مئوية في الهواء لمدة لا تقل عن 3 ساعة. مرة واحدة وقد تم pyrolyzed المعدات وبينما تستعد عينات للتحليل، يجب توخي الحذر لتجنب التلوث العضوي. خطر التلوث يمكن التقليل من ارتداء القفازات النتريل، معطف المختبر، والنظارات الواقية. تأكد من عمل مع العينات بعيدا عن جسد واحد كما مصادر التلوث شيوعا تشمل بصمات الاصابع، والجلد، والشعر، وزفير. تجنب الاتصال مع قفازات الرطب وعدم استخدام أي مواد لاتكس أو نايلون. الثانية، التفريغ شامل للرانه رد فعل قارورة الغاز قبل بالإضافة إلى دورق التفاعل أمر بالغ الأهمية. وجود حتى كميات صغيرة من الأكسجين الجزيئي في دورق التفاعل يشكل خطر الانفجار عندما يتم الإعفاء من الغازات القابلة للاشتعال شرارة في مثل CH 4. حين إزالة الغازات القارورة، فإن الماء داخل قارورة تغلي، والتي سوف تمنع قراءة مستقرة. في هذه المرحلة هناك خياران: 1) ديغا القارورة عبر تجميد أذاب دورات (وعادة ما تستخدم 3)، أو 2) ببساطة ديغا المحلول السائل. في الحالة الأخيرة، سيتم فقدان بعض الماء، ومع ذلك، فإن المبلغ تكون بسيطة نسبيا بالمقارنة مع حجم المتبقية. ثالثا، يجب أن تبنى على الإعداد مجهزة تجهيزا جيدا وفعالة بعناية لإنشاء شرارة متناسقة عبر الأقطاب الكهربائية في جميع أنحاء مجمل التجربة. ليست مصممة لفائف تسلا BD-50E للعمل لفترات طويلة، كما أنها مخصصة للكشف عن تسرب فراغ. وهكذا أوصى التبريد متقطعة من لفائف تسلا لمدى الحياة التشغيلية الموسعة. ذره عدة طرق لتحقيق ذلك. طريقة واحدة بسيطة هو أن نعلق جهاز توقيت في الخط الفاصل بين اختبار الشرارة وإمدادات الطاقة وبرمجة توقيت بحيث يتناوب في 1 ساعة تشغيل / إيقاف دورات. تبريد لفائف تسلا مع مروحة التجارية قد يكون من الضروري أيضا لإطالة الحياة من لفائف تسلا. وينبغي أن تكون لفائف تسلا طرف لمس أو لمس تقريبا واحد من أقطاب التنغستن؛ مسافة بين اثنين من حوالي 1 ملم أو أقل. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن أن يتحقق على تصريف مكثفة باستخدام طول سلك معدني موصل مع حلقة واحدة في نهاية رايات بخفة فوق القطب المعاكس واحد لمس لفائف تسلا لتجنب كسر الختم إلى محتويات. ويوصى أيضا أن يكون لديها مولد الشرارة الثانية المتاحة في حالة فشل مولد الشرارة الأولية بسبب الاستخدام الموسع.
هناك العديد من الملاحظات إضافية قيمتها مع الأخذ في الاعتبار عند تنفيذ الخطوات المختلفة في البروتوكول المذكورة هنا. عند إعداد نظام متعددة لن التجربة وباستخدام مقياس ضغط الدم الزئبق، فمن المسلم به عموما أن الدقة من 1 ملم زئبقي هو أفضل تحقيق، نظرا لدقة العين البشرية. بعض الغازات قد تثير مشاكل التوصيل مع أجهزة القياس القائم على المقاومة. أجهزة قياس الضغط الزئبقية الحاضر المخاطر المحتملة تسرب، والتي ينبغي أن تكون على استعداد لمقدما.
في حين تجميع 3 L رد فعل قارورة، واستخدام السيليكون الشحوم فراغ يمكن تخفيف التلوث العضوية المحتملة، ولكن ينبغي الحرص على إزالة هذا بدقة بين أشواط. وعدم القيام بذلك يؤدي إلى تراكم الترسبات السيليكا خلال الانحلال الحراري وارتفاع درجة الحرارة، والتي يمكن أن تتداخل مع الأختام فراغ. بالإضافة إلى ذلك، هي الأقطاب الكهربائية التنغستن متوفرة تجاريا باسم 2٪ التنغستن الضحكة الهستيرية وينبغي صلب إلى نصف دائري التجهيزات الزجاج الأرض. لا pyrolyze الأقطاب التنغستن المجهزة الزجاج في الفرن. معاملات التمدد الحراري من التنغستن والزجاج مختلفة والساخنة والنانوغرام فوق 100 درجة مئوية قد يضعف الختم حول الزجاج الأقطاب صلب وإدخال التسريبات إلى النظام. أيضا، يمكن إدخال الماء عالى النقاء في 3 L رد فعل عن طريق سكب قارورة، وذلك باستخدام الحرص على تجنب الاتصال مع أي الشحوم على المنفذ المستخدم، أو من قبل pipetting، وذلك باستخدام ماصة الزجاج prepyrolyzed. يمكن تخزينها مؤقتا المرحلة المائية في دورق التفاعل، إذا رغبت في ذلك. على سبيل المثال، ميلر وزملاؤه 9 مخزنة الحل لدرجة الحموضة 8.7 ~ مع NH 3 / NH 4 الكلورين العازلة. للقيام بذلك يرصد المرحلة المائية 0.05 M في NH 4 الكلورين قبل ادخاله في دورق التفاعل. NH 4 الكلورين من 99.5٪ النقاء، أو أكبر، ينبغي استخدامها. ثم يضاف ما تبقى من NH 3 إلى دورق التفاعل كغاز.
استعدادا لإدخال الغاز في 3 L رد فعل قارورة، ويمكن تأمين القارورة على مشعب عن طريق وضع القارورة على حلقة الفلين، تعيين على قمة جاك مختبر ورفع بلطف التجمع القارورة حتىويتحقق اتصال دافئ. عند التحقق من وجود تسرب، فمن الجدير بالذكر أن المصادر المحتملة للتسرب الأختام تشمل الفقراء في تقاطعات المفاصل الزجاج الأرض نصف الجولة، التي نعلق الأقطاب الكهربائية التنغستن إلى دورق التفاعل، ومحبس لمحول تعلق على رقبة 3 L رد فعل قارورة. إذا تم الكشف عن تسربات من هذه المصادر، وإزالة بعناية 3 L رد فعل قارورة من متعددة، ومسح هذه المناطق مع الأنسجة مختبر نظيفة، تطبيق طلاء جديدة من الشحوم فراغ وأعد القارورة إلى مشعب للبحث عن التسريبات. إذا وجدت أي تسرب، والمضي قدما لتقديم الغازات في دورق التفاعل.
مع إدخال الغازات في الجهاز، واسطوانات الغاز وينبغي تثبيتها بشكل آمن إلى الدعم. وينبغي الحرص على إدخال الغازات ببطء. يجب فتح الصمامات على اسطوانات الغاز ببطء وبعناية في حين رصد مقياس ضغط الدم لتجنب الإفراط في الضغط على الأواني الزجاجية والتجهيزات المرفقة. من المهم أن نلاحظ ثار في حين اضاف NH 3 في دورق التفاعل، لأن NH 3 قابل للذوبان في الماء بشكل ملحوظ تحت PK لمن NH 4 + (~ 9.2)، أساسا كل من الغاز NH 3 أدخلت على مشعب سوف تذوب في المرحلة المائية، وجعلها الضغط النهائي في قارورة ومتعددة مثل ضغط بخار الماء في درجة حرارة الغرفة. مرة واحدة ويتحقق هذا الضغط، يمكن للمرء أن نفترض اكتمال عملية النقل. وفيما يلي أمثلة على العمليات الحسابية التي يجب أن يتم تنفيذ من أجل إدخال بالضبط الغازات في دورق التفاعل في الضغوط المرجوة منها:
إدخال الغازية NH 3
ويرجع ذلك إلى ذوبان NH 3، أساسا كل ذلك سوف نقل من مشعب إلى دورق التفاعل وتذوب في المرحلة المائية طالما NH 3 في مشعب هو عند ضغط أعلى من ضغط بخار الماء في رد فعلقارورة. لذلك، تجدر الإشارة إلى درجة الحرارة المحيطة، وينبغي الإشارة إلى ضغط بخار الماء في أن درجة الحرارة قبل تقديمه NH 3 في مشعب. وينبغي أن يكون الهدف من الضغط NH 3 إلى إدخالها في دورق التفاعل مساويا لضغط الهدف من NH 3 في 3 L رد فعل قارورة، بالإضافة إلى ضغط بخار الماء في دورق التفاعل، في درجة حرارة الغرفة المسجلة. على سبيل المثال، عند 25 درجة مئوية، وضغط بخار الماء ما يقرب من 24 مم زئبق. وبالتالي، من أجل إدخال 200 ملم زئبقي من NH 3 في دورق التفاعل، وتحميل ما يقرب من 225 ملم زئبقي من NH 3 في مشعب قبل نقل NH 3 من مشعب والى دورق التفاعل. وهذا يؤدي إلى ما يقرب من 200 ملم زئبقي من NH 3 يتم إدخالها في دورق التفاعل.
إدخال CH 4
بعد NH 3 وبالإضافة إلى ذلك فسخه في اله المرحلة المائية، فإن الضغط في فراغ الرأس من دورق التفاعل مساويا لضغط بخار الماء عند 25 درجة مئوية، ما يقرب من 24 مم زئبق. وسوف تستخدم هذه القيمة، بالتعاون مع المثال متعددة هو مبين في الشكل 4، لتنفيذ عملية حسابية لمقدار CH 4 إلى إدخال في مشعب بحيث 200 ملم زئبقي من CH 4 سيتم إدخالها في دورق التفاعل:
P 1 = الضغط الكلي المطلوب في جميع أنحاء النظام بأكمله، بما في ذلك دورق التفاعل
V 1 = الحجم الكلي للنظام بأكمله، بما في ذلك دورق التفاعل
P = 2 ضغط CH 4 اللازمة لملء حجم متعددة قبل إدخالها في دورق التفاعل
V 2 = حجم متعددة تستخدم لإدخال الغاز
P = 3 ضغط بالفعل في فراغ الرأس من دورق التفاعل
3 V = حجم قارورة التفاعل
V 1 = 3،000 مل + 100 مل + 300 مل + 40 مل + 20 مل + 3،000 مل + 40 مل + 500 مل = 7،000 مل
P = 2 ضغط CH 4 يتم احتساب
V 2 = 100 مل + 300 مل + 40 + 20 + 3،000 مل + 40 مل + 500 مل = 4،000 مل
P 3 = 24 ملم زئبقي من H 2 O
V 3 = 3،000 مل
إدخال N 2
بعد إدخال CH 4، واحتل فراغ الرأس من دورق التفاعل بمقدار 200 ملم زئبقي من CH 4 و 24 ملم زئبقي من H 2 O ليصبح المجموع 224 مم زئبق. وسوف تستخدم هذه القيمة، جنبا إلى جنب مع أبعاد متعددة سبيل المثال هو موضح في الشكل (4)، لحساب ر انه N 2 الضغط الذي يحتاج إلى إدخالها في مشعب مثل أن 100 ملم زئبقي من N 2 سيتم عرضه في دورق التفاعل:
P 1 = الضغط الكلي المطلوب في جميع أنحاء النظام بأكمله، بما في ذلك دورق التفاعل
V 1 = الحجم الكلي للنظام بأكمله، بما في ذلك دورق التفاعل
P = 2 ضغط N 2 اللازمة لملء حجم متعددة قبل إدخالها في دورق التفاعل
V 2 = حجم متعددة تستخدم لإدخال الغاز
P = 3 ضغط بالفعل في فراغ الرأس من دورق التفاعل
3 V = حجم قارورة التفاعل
P 1 = 24 ملم زئبقي من H 2 O + 200 ملم زئبقي من CH 4 + 100 ملم زئبقي من N 2 = 324 مم زئبق
V 1 = 3،000 مل + 100 مل> + 300 مل + 40 مل + 20 مل + 3،000 مل + 40 مل + 500 مل = 7،000 مل
> P 2 = ضغط N 2 يتم احتساب
V 2 = 100 مل + 300 مل + 40 مل + 20 مل + 3،000 مل + 40 مل + 500 مل = 4،000 مل
P 3 = 200 ملم زئبقي من CH 4 + 24 ملم زئبقي من H 2 O = 224 مم زئبق
V 3 = 3،000 مل
الشكل 4. وصفت متعددة نظام فراغ / تستخدم لإدخال الغازات في 3 L رد فعل قارورة صمامات التحكم في تدفق الغاز وV 1 - 8 الخامس، في حين وصفت الصمامات السيطرة على تدفق الغاز وS 1 و S 2. تجدر الإشارة إلى أنه في حين صمامات 1، 2، و 6، ومحبس 1 ويشار إلى explicitlذ في البروتوكول، والصمامات والديوك في مشعب الأخرى المعروضة هنا هي مفيدة لإضافة أو إزالة حجم (أي عقد القوارير) أو من مشعب. على سبيل المثال، عند إدخال الغازات في مشعب في الضغوط العالية نسبيا (حوالي 500 ملم زئبقي أو أكثر)، فإنه ينصح بأن المجرب يجعل استخدام جميع القوارير تطهير تعلق على مشعب لزيادة حجم يمكن الوصول إليها من جوانب متعددة وتساعد في تقليل خطر من الإفراط في الضغط على مشعب.
بعد بدء التجربة، يجب فحص النظام على بانتظام لضمان التجربة يعمل بشكل صحيح. الأشياء للتحقق ما يلي: 1) مولد شرارة تنتج شرارة، و 2) يتم توليدها الشرارة عبر الأقطاب الكهربائية التنغستن بطريقة مستمرة. إذا لم يتم استيفاء الشروط أعلاه، افصل لفائف تسلا من إمدادات الطاقة، واستبدالها النسخ الاحتياطي لفائف تسلا. وفي الوقت نفسه، يمكن إجراء إصلاحات في لفائف تسلا خلل.في كثير من الأحيان، ويمكن لوحات الاتصال داخل السكن مولد الشرارة تصبح المتآكلة من الاستخدام الموسع ويجب مصقول، أو استبدالها.
عند الانتهاء من التجربة، والغازات في الرأس في الفضاء قد تكون مزعجة على الجهاز التنفسي. الغازات الضارة، مثل سيانيد الهيدروجين 4 يمكن أن تنتج عن طريق التجربة. إذا المجرب لا جمع عينات للتحليل الغاز، قد يكون من المفيد لتوصيل الجهاز إلى الشافطة المياه لاجلاء المتطايرة لحوالي ساعة واحدة بعد الانتهاء من التجربة، بينما يبقى الجهاز في غطاء الدخان، قبل جمع عينات السائل . لأسباب تتعلق بالسلامة، وينصح أن يتم تنفيس الجهاز في غطاء الدخان التشغيلية بالكامل. يجب أن يتم تنفيذ جمع العينات في غطاء الدخان التشغيلية ومناولة العينات في الضغط الايجابي-HEPA تصفية مقاعد البدلاء تدفق ينصح.
من بين أنواع عديدة من المنتجات التي شكلتها بحكم تصريف شرارةperiments، والأحماض الأمينية هي ذات أهمية. ويتم تخليق الأحماض الأمينية بسهولة عن طريق تركيب ستريكر 17. تركيب ستريكر من الأحماض الأمينية ينطوي على رد فعل من الألدهيدات أو الكيتونات وHCN ولدت بفعل التفريغ الكهربائي على الغازات التي أدخلت على جهاز التفاعل، التي تقوم عليها حل في المرحلة المائية، قد تتفاعل مع الأمونيا لتشكيل aminonitriles α التي تخضع ل التحلل المائي لانتاج الأحماض الأمينية. هذا هو، بالطبع، ولكن آلية واحدة من التوليف، والبعض الآخر قد يكون أيضا من المنطوق، مثل أمينة المباشر السلائف بما في ذلك الأكريلونيتريل لإعطاء السلائف β-ألانين، أو التحلل مباشرة من أعلى الوزن الجزيئي مثل tholin المواد لإعطاء الأحماض الأمينية مباشرة ، عن طريق تمرير آلية ستريكر.
يمكن أن يحدث التلوث من الأحماض الأمينية من العينات التي تنتجها تجارب ميلر أوري إذا لم يتم اتباع الاحتياطات المذكورة سابقا بشكل صريح. خلال تحليل عينة، من المهم أن searcح بحثا عن علامات على التلوث الأرضية التي قد تكون قد نشأت من التعامل مع العينة أو تخزين العينة. استخدام OPA / NAC 16 بالتزامن مع تقنيات LC-FD يسمح لفصل الكروماتوغرافي من D-L ومتبلور مضاد من الأحماض الأمينية مع مراكز مراوان ومنها، تحديد الكميات الفردية. يجب أن الأحماض الأمينية مراوان توليفها من قبل التجربة تكون راسمي. ويعتبر الخطأ التجريبي مقبولة خلال تركيب الأحماض الأمينية مع مراكز مراوان عموما أن يكون ما يقرب من 10٪. لذا مراوان نسب الأحماض الأمينية D / L توحي تخصيب اليورانيوم في اينانشيومير واحد بأكثر من 10٪ هو متري جيدة يمكن من خلالها تحديد ما إذا كان قد تلوثت العينة.
وتهدف الأساليب المقدمة هنا لإرشاد كيفية إجراء نوع ميلر أوري التجربة تصريف شرارة، ولكن هناك قيود على تقنية الموضحة هنا أن ينبغي أن يلاحظ. الأول، تسخين واحد دورق التفاعل 3 L (الشكل 1B)، سوف يؤدي إلى تكثف بخار الماء على نصائح من الأقطاب، الملطف الشرارة، والحد من توليد الأنواع الراديكالية التي تدفع الكثير من الكيمياء التي تجري داخل التجربة. وعلاوة على ذلك، فإن استخدام عباءة التدفئة لتسخين الجهاز ليس من الضروري لتجميع المركبات العضوية مثل الأحماض الأمينية. هذا يختلف عن التجربة الأصلية ميلر حيث كان أكثر تعقيدا، مبنية خصيصا، (1A الشكل) أجهزة قارورة المزدوج 5 وتسخين قارورة صغيرة في الجزء السفلي من الجهاز، الذي كان في ذلك الماء (الشكل 1A). تسخين الجهاز ساعد مع تداول المواد الأولية والتي تهدف لمحاكاة التبخر في نظام الأرض في وقت مبكر. الثانية، وبروتوكول مفصلة هنا توصي ساعة 1 / إيقاف دورة عند استخدام لفائف تسلا، مما يضاعف بشكل فعال مقدار الوقت تجربة يستغرقه لإكمال، مقارنة مع التجارب التي أجراها ميلر، كما انه تفريغها باستمرار ايلىctricity في النظام 4. الثالث، وليس المقصود مولدات شرارة للاستخدام على المدى الطويل، فهي عرضة للعطل أثناء الاستخدام لفترات طويلة ويجب المحافظة بانتظام واستبدالها في بعض الأحيان من قبل وحدة احتياطية، إذا فشل مولد الشرارة الأولي أثناء تجربة. الماضي، بروتوكول الموصوفة هنا ينطوي على استخدام الصمامات الزجاج، والتي تتطلب عالية الشحوم فراغ لجعل الأختام المناسبة. إذا رغبت، بولي تترافلوروإيثيلين (السليكوون) الصمامات يمكن استخدامها لتجنب الشحوم فراغ. ومع ذلك، إذا دراسة هذه الصمامات للكشف عن التسربات المحتملة مع كاشف تسرب الشرارة، توخي الحذر لعدم إفرط في التعريض السليكوون إلى شرارة وهذا يمكن أن تعرض للخطر سلامة السليكوون الاختام وتؤدي إلى الفقراء التي تبذلها هذه الصمامات.
أهمية الأسلوب ذكرت هنا فيما يتعلق التقنيات الموجودة، وتقع داخل بساطته. فإنه يستخدم المتاحة تجاريا 3 L قارورة، والذي هو أيضا إلى حد كبير أقل هشاشة وأسهل للكليوبين التجارب من التصميم الأصلي المستخدمة من قبل ميلر 5. لأن الجهاز هو أقل تعقيدا، وهو صغير بما يكفي لإجراء التجربة داخل غطاء الدخان.
بمجرد يتقن هذه التقنية المذكورة هنا، ويمكن تعديلها في مجموعة متنوعة من الطرق لمحاكاة أنواع عديدة من البيئات الأرضية البدائية. على سبيل المثال، مخاليط الغاز أكثر أكسدة يمكن استخدامها 14،18،19. وعلاوة على ذلك، وذلك باستخدام تعديلات على الجهاز، ومصدر للطاقة يمكن أن تتغير، على سبيل المثال، باستخدام التفريغ صامتة 4، وعلى ضوء الأشعة فوق البنفسجية 20، محاكاة النظم البركانية 4،12،21، وتقليد النشاط الإشعاعي من قشرة الأرض 22، ومحاكاة الطاقة التي تنتجها صدمة من الآثار النيزكية 23، وأيضا الإشعاع الكوني 18،19.
أثبتت التجربة ميلر أوري الكلاسيكية التي الأحماض الأمينية، واللبنات الهامة من البروتينات البيولوجية، يمكن SYNthesized باستخدام مواد بسيطة انطلاق في ظل ظروف الأرضية تسبق التكوين الجنيني المحاكاة. إثارة الجزيئات الغازية بواسطة التفريغ الكهربائي يؤدي إلى إنتاج مركبات عضوية، بما في ذلك الأحماض الأمينية، في ظل هذه الظروف. بينما الأحماض الأمينية الهامة لعلم الأحياء المعاصر، وتجربة ميلر أوري يوفر واحدة فقط آلية محتملة لتخليق بهم غير الحيوية، ولا تفسير أصل الحياة، كما كانت العمليات التي تؤدي إلى الكائنات الحية المرجح أكثر تعقيدا من تشكيل جزيئات عضوية بسيطة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب تعلن أي المصالح المالية المتنافسة.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل بشكل مشترك من قبل جبهة الخلاص الوطني وبرنامج البيولوجيا الفلكية ناسا، في إطار جبهة الخلاص الوطني مركز للتطور الكيميائي، CHE-1004570، ومركز غودارد للالبيولوجيا الفلكية. سوف ETP ترغب في الاعتراف التمويل الإضافية التي تقدمها لبرنامج علم الأحياء متدرب ناسا الكواكب. نريد الكتاب أيضا أن أشكر الدكتور عسيري Galhena للمساعدة لا تقدر بثمن في إنشاء مرافق المختبرات الأولي.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Glass Plugs for Manifold | Chemglass | CG-983-01 | |
| High Vacuum Grease | Apiezon | N/A | Type M/N |
| Silicon High Vacuum Grease | Dow Corning | 1597418 | |
| Teflon PFA Tubing | McMaster-Carr | 51805K54 | |
| Ultra-Torr Vacuum Fittings | Swagelok | SS-4-UT-6 | |
| Dry Scroll Vacuum Pump | Edwards | A72401905 | |
| U-Tube Manometer | Alta-Robbins | 100SS | |
| Tungsten Electrodes | Diamond Ground Products | TH2-1/16 | 2% thoriated |
| Methanol | Alfa Aesar | N/A | Ultrapure HPLC Grade |
| Teflon-Coated Magnetic Stir Bar | McMaster-Carr | 5678K127 | |
| Gaseous NH3 | Airgas | AMAHLB | 99.99% purity |
| Gaseous CH4 | Airgas | ME UHP300 | 99.99% purity |
| Gaseous N2 | Airgas | NI UHP300 | 99.999% purity |
| Tesla Coil | Electro-Technic Products | 15001 | Model BD-50E |
| 24 hr Plug-in Basic Timer | General Electric Company | 15119 | |
| Cleaning Detergent | Alconox | 1104 | |
| Toluene | Thermo Fisher Scientific | N/A | Optima Grade |
| Luna Phenyl-Hexyl HPLC Column | Phenomenex | 00G-4257-E0 | Brand: Luna |
| Formic Acid | Sigma-Alrich | F0507 | Used to make 50 mM ammonium formate |
References
- Oparin, A. I. The Origin of Life. , Izd. Moskovshii Rabochii. (1924).
- Haldane, J. B. The origin of life. Rationalist Annu. 148, 3-10 (1929).
- 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).
- Miller, S. L. Production of Some Organic Compounds under Possible Primitive Earth Conditions. J. Am. Chem. Soc. 77, 2351-2361 (1955).
- Miller, S. L. A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science. 117, 528-529 (1953).
- 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).
- Ponnamperuma, C., Woeller, F. α-Aminonitriles formed by an electric discharge through a mixture of anhydrous methane and ammonia. Biosystems. 1, 156-158 (1967).
- Oró, J. Synthesis of Organic Compounds by Electric Discharges. Nature. 197, 862-867 (1963).
- 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).
- 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).
- 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).
- Johnson, A. P., et al. The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science. 322, 404 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sagan, C., Khare, B. N. Long-Wavelength Ultraviolet Photoproduction of Amino Acids on the Primitive Earth. Science. 173, 417-420 (1971).
- Harada, K., Fox, S. W. Thermal Synthesis of Natural Amino-Acids from a Postulated Primitive Terrestrial Atmosphere. Nature. 201, 335-336 (1964).
- 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).
- 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).
