Summary
Miller-Urey deneyinin, yaşamın kökeni mümkün alaka ile organik bileşiklerin abiyotik sentezi konusunda öncü bir çalışma oldu. Basit gazlar, bir cam aygıt içine verilmekte ve ilkel dünyanın atmosferi-okyanus sisteminde yıldırım etkilerini taklit eden, bir elektrik deşarjı tabi tutuldu. Deney ondan toplanan numuneler yaşam kimyasal yapı taşları için analiz edildi, daha sonra, bir hafta boyunca gerçekleştirilmiştir.
Abstract
1953 yılında Stanley Miller, ilkel dünya atmosfer-okyanus sistemini simüle etmek için yapılmış bir aparat kullanılarak, basit gaz başlangıç malzemelerinden biyomoleküllerin üretimi bildirdi. Su aynı anda iken Miller, daha sonra bir hafta için bir elektrik deşarjı, geri akış altında, bu karışım tabi aygıt içine 200 ml su, 2 H, 100 mmHg, CH 4 200 mmHg ve NH 3 200 mmHg tanıtılan ısıtıldı. Bu yazının amacı, basitleştirilmiş 3 L reaksiyon şişesi kullanarak, Miller-Urey tip kıvılcım deşarj deney yapmak için kullanılan genel bir deneysel protokol ile okuyucuya sunmaktır. Deney bir yüksek gerilim elektrik deşarjı yanıcı gazlar açığa içerdiğinden, patlama riskini azaltmak önemli adımlar vurgulayarak değer. Bu çalışmada tarif edilen genel prosedürler elektrik deşarj deney geniş bir yelpazede tasarım ve yapmak için ekstrapole edilebilirilkel gezegen ortamlar simüle var.
Introduction
Yeryüzünde yaşamın kökeni doğası en anlaşılmaz bilimsel sorulardan biri olmaya devam etmektedir. 1920'lerde Rus biyolog Alexander Oparin ve İngiliz evrimci biyolog ve genetikçi John Haldane kimyasal evrimi kolaylaştırmış olabilir organik bileşikleri içeren ilkel karasal okyanusları anlatan, bir "ilkel çorba" 1,2 kavramını önerdi. Kimyagerler Dünya'nın erken dönemlerinde basit başlangıç maddelerinden sentezlenmiş olabileceğini nasıl organik moleküller anlamaya yönelik kasıtlı laboratuvar çalışmaları yürütmek başladı Ancak, 1950'lere kadar değildi. Bu amaçla ilk raporlar biri 1951 3 sulu CO2 çözeltilerin radyasyondan sonra formik asit sentezi oldu.
1952 yılında, Chicago Üniversitesi'nde daha sonra bir yüksek lisans öğrencisi Stanley Miller, olasılığını değerlendirmek için bir deney yapmayı Harold Urey yaklaştı organik bileşikleryaşamın kökeni için önemli erken Dünya'da abiologically oluşmuş olabilir. Deney ilkel dünyayı taklit etmek için tasarlanmış özel inşa cam aparatı (Şekil 1A) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Miller deneyi erken okyanuslar temsil eden, bir sıvı su deposu mevcudiyetinde, erken atmosfer temsil eden bir gaz karışımı bir elektrik deşarj hareketiyle yıldırım taklit. Cihaz, aynı zamanda, sırasıyla, bir ısıtma mantosu kullanımı ve bir kondansatör ile buharlaştırma ve çökeltme simüle edilmiştir. Miller kullanılan cihaz hakkında belirli ayrıntıları başka bir yerde 4 bulunabilir. Kıvılcım bir hafta sonra, şişeye içerikleri de gözle görülür bir şekilde dönüştürülmüştür. Su, bulanık, kırmızımsı bir renk 5 ve elektrotlar 4 üzerinde biriken Sarı-kahverengi bir malzeme döndü. Bu çığır açan çalışma taklit ilkel Dünya koşullarda biyomoleküllerin ilk kasıtlı, verimli sentezi olarak kabul edilir. 
Şekil 1. Bu yazıda tartışılan aparatlar iki tip arasında karşılaştırma. Orijinal Miller-Urey deneyinin (A) ve buradan (B) ana hatlarıyla protokolünde kullanılan basitleştirilmiş aygıtı için kullanılan klasik bir cihaz. resmi büyütmek için buraya tıklayın .
Miller klasik deneyde, kıvılcım deşarj deney sayısız varyasyonları, diğer gaz karışımları kullanarak, örneğin, olası erken Toprak çeşitli koşullar altında yaşam için önemli organik bileşiklerin üretilmesi inandırıcılığını keşfetmek için yapılmıştır sonuçlarının 1953 yayımlanmasından sonra. Örneğin, 4 CH 2 O / NH, bu 6 tespit edilmemiştir, ancak 2 S gaz karışımı, kodlanmış kükürt içeren α-amino asitleri üretmek yeteneği için test edilmiştir 3 / H. Bir elektrik deşarj tabi bir CH 4 / NH3 karışımının gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS) analizi, 7 amino asit öncüleri olan α-amino nitril, sentezini göstermektedir. 1972 yılında ilk oro 8 (Şekil 1 B) tarafından sunulan daha basit bir cihaz kullanılarak, Miller ve arkadaşları, bugüne kadar Murchison göktaşı tespit edilmiş olan kodlanmış α-amino asit 9 ve protein olmayan amino asitler 10 tüm sentezini göstermiştir bir elektrik deşarj CH 4, n'nin 2, 3, NH, küçük miktarlarda tabi tutulmasıyla. Daha sonra, bu aynı basitleştirilmiş bir deney tasarımı kullanılarak, 2 H, O içeren gaz karışımları, N 2 ve 4 CH, CO 2 ya da CO Stu yol açtı edildiatmosferik karbon türlerinin 11 oksidasyon durumunun bir fonksiyonu olarak, hidrojen siyanür, formaldehit, ve amino asitlerin verimini dy.
Yılda alternatif deneysel tasarımların araştırmaya ek olarak, önemli bir analitik gelişmeler son zamanlarda Miller tarafından arşivlenen elektrik deşarj Deney örneklerinin daha sondalama soruşturma destekli Miller klasik deneyde, beri meydana gelmiş, teknikleri kolaylaştırdı olurdu daha Miller erişimi vardı 1950'lerde. Miller volkanik ilk 1.955 4 bildirilen deney 12, ve bir 1958 H 2 S-ihtiva-eden deney 13 çok hangi de dahil olmak üzere, klasik bir deney daha çok sayıda amino asitler ve aminlerin daha geniş bir ve daha fazla zengindi, oluşmuş olduğu gösterildi Daha önce kıvılcım deşarj deneylerinde tespit olmasaydı.
Bu yazıda tarif edilen deney kullanılarak yapılabilirgaz karışımları çeşitli. Tipik olarak, en azından, örneğin deneyleri, C-taşıyıcı gaz, bir N-içeren gazlar, ve su içerir. Bazı planlama ile, gazların hemen hemen herhangi bir karışımı ancak, sistemin bazı kimyasal yönlerini dikkate almak önemlidir, keşfedilmeyi olabilir. Örneğin, sulu fazın pH'ı, orada 14 oluşur kimyası üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.
Burada açıklanan yöntem Miller 1972 yayınlarında 9,10 tarif edildiği gibi, basitleştirilmiş bir 3 L tepkime kabı kullanılarak Miller-Urey deneyi benzer kıvılcım deşarj deneyler nasıl araştırmacılar talimat için özel olmuştur. Bu deneyde, yanıcı gazlar üzerine etki eden bir yüksek gerilim elektrik ark içerdiğinden, bu, örneğin metan veya karbon monoksit gibi düşük karbon taşıyan gazların yanması sırasında oluşabilir patlama riskini ortadan kaldırmak için, reaksiyon şişesinden O 2 çıkarmak için çok önemlidir veya reaksiyon ooksijen ile f H 2.
Burada tartışılan deney yapmaya hazırlanırken akılda tutulmalıdır ek ayrıntılar vardır. Cam vakum hatları ve basınçlı gazlar ile çalışan her Birincisi, orada bölünmesi hem doğasında tehlike var ve aşırı baskı. Nedenle, gözlük her zaman giyilmelidir. İkincisi, deney genellikle atmosfer basıncından daha düşük gerçekleştirilir. Bu manifoldu ve reaksiyon balon baskı aşırı riskini en aza indirir. Züccaciye ancak, 1 atm basınç yukarıda tavsiye edilmez, atmosfer basıncında ya da üstünde puan olabilir. Suda çözünmeyen H 2 (örneğin, 4 CH ve NH 3 gibi) azaltılmış gazlar serbest olduğu basınçlar, bu deneylerde artabilir. Aşırı baskı atmosferik O 2 mümkün bir patlamayla sonuçlanabilecek, yanma neden yapma, reaksiyon şişesi girmesine izin verebilirsiniz mühür sızıntı yol açabilir. Üçüncü olarak,bu deney varyasyonları yapmak için bu protokolün değişiklik güvensiz koşulları oluşturulan değildir sağlamak için dikkatli bir planlama gerektirir akılda olmalıdır. Dördüncü, son derece muhtemel deneyci dikkatle birkaç kez önceden o potansiyel tuzaklar ile tanıdık ve gerekli tüm donanım mevcuttur ve yerinde olduğundan emin olmak için, bu deney denemeden tüm protokol okumanızı tavsiye edilir. Son olarak, yanıcı gazlar içeren deneyleri yürütmek deneycinin ev sahibi kurumun Çevre Sağlığı ve Güvenliği bölüm kurallarına uyulmasını. Herhangi deneyler başlamadan önce bu önerileri dikkate alınız. Burada protokolde ayrıntılı tüm adımlar yazarların konak kurumsal Çevre Sağlığı ve Güvenliği kurallarına uygundur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Bir Manifold / Vakum Sistemi Kurma
- Tepkime bir şişeye gaz katılması için bir cam manifoldu kullanın. Bu manifold satın alınan ya da yapılmış bir cam üfleme düzeni tarafından ancak bir vakum sistemi, gaz silindirleri, bir vakum göstergesi, ve reaksiyon kabına bağlanabilir vakum sızdırmaz bağlantı noktası içermelidir edilebilir.
- Manifoldu üzerine vanaları ile buzlu cam eklem ve cam fişleri kullanın. Fişler tüm O-halkaları gerekli mühürler yapma yeteneğine sahip olduğundan emin olun. Cam eklem kullanılarak, gerekirse, vakum gres yeterli bir miktarı, bir yalıtım yapmak için uygulanabilir. Silikon vakum gres potansiyel organik kirlenmesini önlemek için kullanılabilir.
- Manifoldu cam stopcocks kullanın. Bir mühür yapmak için gerekli vakum gres az miktarda uygulayın.
- Manifoldu hacmini ölçün. Bu hacim, 3 L reaksiyon şişesine nihai gaz basınçları ile ilgili hesaplamalar için kullanılacak ve mümkün olduğunca kesin bilinmelidir. Manifoldu aynı anda tüm gaz silindirleri karşılamak için yeterli bağlantıları vardır sürece, manifolduna bir seferde bir silindiri bağlanır. Bu bağlamda, çeşitli çevre atmosferden izole edilmesi sağlayan bir musluk içerir.
- Uygun, temiz, atıl ve kimyasal kullanımı ve manifolduna gaz tüpleri bağlamak dayanıklı boru ve ultratorr vakum parçaları sızdırıyor. Ultratorr parçaları, kullanılan yerlerde, parmak sıkılır edilmelidir.
- Manifold, <1 mm Hg bir vakum kurma yeteneğine sahip bir vakum pompası bağlanır. Vakum pompası egzoz çeker ocak içinde yer alan, veya uygun başka bir şekilde tahliye edilmesi gerekir.
- Vakum hızlı ulaşılmasını sağlamak için ve bu pompanın korumak için, manifold ve vakum pompası arasında bir tuzak yerleştirin. Bu pompa girmesini örneğin NH3, CO2 ve H2O gibi uçucu önleyecek, bir sıvı azot parmak tuzağı önerilir. Bakım wa üzerine, tuzak uçucu olarak, alınmalıdırrming, manifoldu basınç ve cam kopmalara neden olabilir.
- Manifoldu, bir manometre veya 1 mmHg veya daha iyi çözünürlük yeteneğine sahip diğer vakum göstergesi bağlayın. Çeşitli cihazlar kullanılabilir olsa da cıva oldukça reaktif olmayan olduğu gibi, bir cıva manometre veya MacLeod göstergesi, tercih edilir.
- Tedbir ve uygun bir termometre kullanarak ortam sıcaklığını kaydedin.
2. Reaksiyon şişesi hazırlanması
- Organik kirleri çıkarmak için, kullanımdan önce hava içinde en az 3 saat boyunca 500 ° C 'de, tüm cam ısıtın.
- Yavaşça temiz laboratuar mendil ve metanol ile yıkanır ve havada kurutma ile tungsten elektrotları temizleyin.
- 3 L'lik tepkime şişesi içine, aşırı saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOC) 200 ml dökün.
- Eski sırasında hızlı çözünen gazların çözünmesi ve reaktantların karışmasını sağlayacak önceden temizlenir ve steril manyetik karıştırma çubuğu, tanıtılmasıperiment.
- Şişenin içindeki yaklaşık olarak 1 sm ile ayrılmış ipuçları ile, vakum yağ çok az bir miktarı ile 3 L reaksiyon şişesine tungsten elektrotları takın. Klipleri ile sabitleyin.
- 3 L reaksiyon şişesinin boynuna yerleşik bir supabı ile bir adaptör takın ve klipsi ile sabitleyin.
- Adaptörü ile gaz manifolduna 3 L reaksiyon şişesine takın. Bir klibi kullanın ya şişeyi güvenli hale getirmek için kelepçe.
- Hafifçe iyi bir vakum sızdırmazlık sağlamak için tüm bağlantıları yağlayın.
- Vana 6 ve Musluk 1 (Şekil 4) hariç, manifoldu üzerindeki tüm vanalar ve stopcocks açın ve manifoldu tahliye vakum pompası açın. <1 mmHg sabit vakum okuma, yakın valf 1 doldurmuş ve manifoldu vakum kaçakları kontrol etmek için 15 dakika için ~ oturmak için izin edildikten sonra. Hiçbiri tespit edilirse, 2.8 adıma geçin. Sızıntı tespit edilebilir ve sabit kadar Aksi takdirde çeşitli bağlantıları giderilir.
- AReaksiyon kabına bir manyetik karıştırma pply. Açık Vana 1 ve 1 nolu kesme valfı basıncı <1 mmHg kadar 3 L reaksiyon şişesine en tepe boşluğu tahliye (Şekil 4).
- (Şekil 4) Vana 1 kapatın ve 3 L reaksiyon balonuna iç basıncını izlemek. Ölçülen basınç suyun buhar basıncına artırmalıdır. Herhangi bir sızıntı mevcut olduğundan emin olmak için, bu aşamada ~ 5 dakika bekleyin. Vana 1 Bu adımda sırasında kapalı iken basıncı (manometre okumak gibi) artarsa, Stopcock 1 sızıntı ve çeşitli reaksiyon şişesi bağlantıları kontrol edin. Hiçbir sızıntı bulunursa, bir sonraki adıma geçin.
3. Gaz NH 3 tanıtımı
- NH3 200 mmHg, reaksiyon şişesi içine olacak şekilde manifolduna tanıtmak için gaz halinde NH3 gerekli basıncı hesaplayın. Bunun nasıl Ayrıntılar Tartışma bölümünde verilmektedir.
- Kapat Vanalar1 ve 6, ve 1 nolu kesme valfı manifolduna bir gazın önce (Şekil 4). Diğer vanalar ve musluklar açık bırakın.
- Küçük bir basıncı (yaklaşık 10 mmHg) ulaşmış, daha sonra (Şekil 4) Valve 1 açılması ile 1 mm Hg 'lik bir basınç manifoldu tahliye kadar manifolduna NH3 tanıtılması. 3x tekrarlayın.
- Adım 3.1 'de belirlenen basınç ulaşmak için manifolduna NH3 tanıtılması.
- 3 L'lik tepkime şişesi içine NH 3 200 mmHg tanıtmak için vanayı 1 (Şekil 4). NH3, reaksiyon şişesi içinde suda çözülür ve yavaş yavaş basınç düşer.
- Basınç valfli yakın 1 (Şekil 4) bırakarak ve manometre tarafından okunan basıncını kaydetmek durduğunda. Bu değer, şişenin içindeki basınç temsil eder ve daha sonra manifolduna tanıtılacak diğer gazların basınçları için hesaplamak için kullanılacaktır.
- (Şekil 4) Vana 2 kapatın ve manifolddan NH 3 gaz tüpünü ayırın.
4. CH 4 Tanıtımı
- CH 4 200 mmHg 3 L reaksiyon şişesine sokulur olacak şekilde manifold içine alınmak üzere CH 4'ün gerekli basıncı hesaplayın. Örnek hesaplamalar Tartışma bölümünde gösterilmiştir.
- Manifolduna CH 4 gaz silindiri bağlayın.
- Vana 6 ve Musluk 1 (Şekil 4) hariç, tüm vanaları ve stopcocks açın ve 1 mmHg <bir basınç manifoldu tahliye.
- Yakın Vana 1 manifoldu (Şekil 4) tahliye edildikten sonra.
- Küçük bir basıncı (yaklaşık 10 mmHg) elde edilene kadar manifolduna CH 4 tanıtılması. Bu, herhangi bir kirletici gazlar fr çizgisini temizlerom olan adımları. <1 mmHg manifoldu tahliye Vana 1 (Şekil 4) açın. 2x daha tekrarlayın.
- Adım 4.1 'de hesaplanan basınç ulaşılana kadar manifolduna CH 4 tanıtılması.
- 3 L'lik tepkime şişesi içine CH 4 200 mmHg tanıtmak için vanayı 1 (Şekil 4).
- Yakın nolu kesme valfı 1 CH 4 amaçlanan basıncı 3 L reaksiyon şişesine (Şekil 4) içine ve manometre ile ölçülen basıncı kayıt edildikten sonra.
- <1 mmHg manifoldu tahliye Vana 1 (Şekil 4) açın.
- (Şekil 4) Vana 2 kapatın ve manifolddan CH 4 silindir ayırın.
5. Ayrıca Gazların tanıtımı (örneğin, N 2)
- Bu noktada, bu ek gazlar tanıtmak için gerekli değildir. Bununla birlikte, istenirse, bu N2 100 mmHg eklemek önerilmektedir. Bu durumda, N-2, 100 mmHg 3 L reaksiyon şişesine sokulur olacak şekilde manifold içine sokulabilir N2 gerekli basıncının hesaplanması. Örnek hesaplamalar Tartışma bölümünde gösterilmiştir.
- Manifolduna N2 gaz silindirini bağlayın.
- Vana 6 ve Musluk 1 (Şekil 4) hariç, tüm vanaları ve stopcocks açın ve 1 mmHg <bir basınç manifoldu tahliye.
- Yakın Vana 1 manifoldu (Şekil 4) tahliye edildikten sonra.
- Küçük bir basıncı (yaklaşık 10 mmHg) elde edilene kadar manifolduna N2 tanıtılması. <1 mmHg manifoldu tahliye Vana 1 (Şekil 4) açın. 2x daha tekrarlayın.
- Adım 5.1 'de hesaplanan basıncına ulaşılana kadar manifolduna N2 tanıtılması.
- Tepkime bir şişeye N2 100 mmHg tanıtmak için vanayı 1 (Şekil 4).
- Yakın nolu kesme valfı 1 N, 2 amaçlanan basınç reaksiyon şişesi, (Şekil 4) içine ve manometre kullanılarak basınç kayıt edildikten sonra.
- <1 mmHg manifoldu tahliye Vana 1 (Şekil 4) açın.
- (Şekil 4) Vana 2 kapatın ve manifoldu N 2 silindir ayırın.
6. Deney başlayan
- Ortam hava manifoldu girip çevre basıncına kadar manifoldu getirebilir, böylece bir kez tüm gazlar, reaksiyon şişeye getirilmiştir nolu kesme valfı 1 ve Valf 1 (Şekil 4) kapatarak manifoldundan reaksiyon şişesi ayırın.
- Dikkatli manifoldundan reaksiyon şişesi kestikten sonra, şişeyi yere de (örneğin boş bir davlumbaz içi) rahatsız olmayacaktır ayarlayın.
- Vakum pompası ayırın ve dikkatlice soğuk tuzak çıkarın ve tamamen iç havalandırma izinoperasyonel davlumbaz.
- Yüksek frekans kıvılcım jeneratörüne bağlı Tesla bobini sabitleyin.
- Iki elektrot arasındaki boşluk boyunca elektrik akımının etkin geçişine imkan vermek için bir elektrik zemine karşı tungsten elektrot bağlayın.
- Üreticiden temin belgeler ayrıntılı olarak, yaklaşık 30.000 V kıvılcım jeneratör çıkış voltajını ayarlayın.
- Önce kıvılcım başlatmak için, cihaz ve deneyci arasında bir güvenlik kalkanı olarak hizmet etmek, davlumbaz kanat kapatın. Denemeyi başlatmak için üzerinde Tesla bobini çevirin ve kıvılcım / kapama döngüleri 1 saat 2 hafta (ya da istenen başka bir süre) için devam etmesini sağlar.
7. Deney Sonu
- Tesla bobini kapatarak denemeyi durdurun.
- Açık nolu kesme valfı 1 yavaş yavaş reaksiyon şişeye çevre hava vermek ve adaptörün sökülmesi ve tungsten elektrotlar kolaylaştırmak için (Şekil 4) çok saörnek olarak şunlar verilebilir toplanabilir. Eğer arzu edilirse, bir vakum zararlı reaksiyon gazlarının reaksiyon şişeyi boşaltmak için kullanılabilir.
8. Sıvı Örnek Toplama
- Bir pirolize cam pipet kullanarak, örneğin vakum gres ya da başka steril olmayan yüzeylere dokunarak pipet ortaya olabileceğini gibi kirleticiler, maruz kalma en aza indirmek için dikkat ederek, reaksiyon şişesi, sıvı örnekleri çıkarın.
- Steril bir plastik ya da cam kap için örnek aktarın. Plastik kaplar, cam kaplar ile karşılaştırıldığında, çatlama veya kırılma dondurma üzerine daha az yatkındır.
- Çözünmeyen ürün olarak -20 ° C veya daha düşük sıcaklıklara ulaşan, yetenekli bir dondurucuda Seal numune kapları ve mağaza 0 ° C'de donmadan örnek çözeltisi engelleyebilir
9. Aparatı temizleme
- Temiz laboratuvar kullanın dikkatle aparatın boyun vakum gres kaldırmak için mendil, uyumer ve musluk ve tungsten elektrotları çevreleyen cam.
- İyice tam olarak cam organik vakum yağ çıkarmak için toluen ile aşama 9.1 'de tarif edilen aynı yüzeylerini temizlemek. Silikon gres kullanıyorsanız, yüksek vakum gres Tartışma bölümünde ayrıntılı olarak, gelecekteki sorunlar yaratarak, piroliz sonra cam üzerinde kalabilir.
- İyice amacıyla, fırça ve şu çözücü maddeler ile reaksiyon şişesi temizleyin:% 5 temizlik deterjan ile, aşırı saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOK), saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOC), metanol, toluen, metanol,% 5 temizlik deterjanı ile ultra saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOK), ve nihayet saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOK).
- Alüminyum folyo ile, reaksiyon kabından tüm açık delikleri Kapak ve alüminyum folyo ile adaptörü ve bileşenleri sarın.
- Tüm cam alüminyum folyo ile sarılmış sonra, en az 3 saat boyunca pirolize500 ° C de hava
- Yavaşça temiz metanol ile elektrotlar ve hava kuruması.
10. Numune Analizi
Not: analiz için örnekler hazırlarken, bu gibi bir asit hidroliz protokolünün kullanımı da başka bir yerde 15 detaylı bir şekilde tarif edilmiş, daha fazla amino asit elde etmek için kullanışlıdır. Geri kazanılan örnek bir kısmının hidrolizi, serbest amino asitler ve bunun yanı sıra, abiyotik koşullar altında sentezlenir, asit-labil öncüleri hem de analiz etmek için bir fırsat sağlar.
- Amino asit analizi için, (örneğin, sıvı kromatografisi ve kütle spektrometrisi bazlı yöntemler gibi, ya da diğer uygun yaklaşımlar) uygun bir teknik kullanmaktadır. Bu tür analiz teknikleri, flüoresan tespiti (HPLC-FD) 14 ve time-of-flight pozitif elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisi (UHPL paralel olarak floresan algılaması ile ultra yüksek performanslı sıvı kromatografisi, yüksek performanslı sıvı kromatografisi yer alırC-FD/ToF-MS) 12,13. Bu makale HPLC-FD ile birlikte bir üçlü dört kutuplu kütle spektrometresi (QqQ-MS) yoluyla kütle spektrometre analizleri kullanılarak analiz tarif eder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Elektrikli boşaltma deneylerde sentezlenen ürünler oldukça karmaşık olabilir ve bunları incelemek için kullanılabilecek çok sayıda analitik yaklaşım vardır. Amino asit analizi için, literatürde daha yaygın olarak kullanılan tekniklerin bazıları burada tartışılmaktadır. Kromatografik ve kütle spektrometresi yöntemleri Miller-Urey tip kıvılcım deşarj deneyleri tarafından üretilen karmaşık kimyasal karışımları analiz etmek için son derece bilgilendirici teknikler vardır. Amino asit o -phthaldialdehyde/N-acetyl-L-cysteine (OPA / NAC) 16, bir akiral sabit faz üzerinde ayrılabilir floresan diastereomer türevlerini hasıl, birincil amino grupları etiketleri, bir kiral reaktif çift. Şekil kullanılarak yapılabilir analizleri 2 HPLC ile elde edilen bir OPA / NAC-türevlendirilmiş amino asit standart bir kromatogramıdır algılama ve QqQ-MS floresan kuple gösterir. Standart in içerdiği amino asitler tipik olarak, Miller-Urey tip kıvılcım dis üretilenler bulunmaktadırdeneyler ücret. Bu amino asitlerin kimlikleri, Tablo 1 'de listelenmiştir. Tipik bir örnek ve analitik boş temsili floresan izleri Miller-Urey tipi elektrikli boşaltma örneklerin moleküler karmaşıklık gösteren, Şekil 3 'de gösterilmiştir. CH 4 300 mmHg, NH 3 250 mmHg ve 250 ml su: Şekil 3'teki örnek kromatogram, aşağıdaki koşullar kullanılarak, bir başlangıç kıvılcım deşarj deneyden üretildi.
Şekil 2. Bir OPA / NAC-türevlendirilmiş amino asit standart analiz üretilen HPLC-FD/QqQ-MS kromatogramların 3-21 dakika bölgesi. Amino asit tepe kimlikleri, Tablo 1 'de listelenmiştir. Floresans izleme alt ve karşılık gelen ekstre mas gösterilirs kromatogramları yukarıda gösterilmiştir. Elektrosprey iyonizasyon (ESI) QqQ-MS pozitif modda çalışacağı şekildedir ve 50-500 m / z aralığı içinde bir kütle izlenmiştir. ESI ayarları şu şekildedir: desolvasyon gazı (N2) sıcaklığı: 350 ° C, 650 L / h; kapiler voltajı: 3.8 kV; koni voltajı, 30 V 367, kromatogram içinde ekstre edilmiş iyon tepe etiketlenmemiş 13 C 2 tepe noktası vardır 365 ayıklanır iyon kromatogramı, 13 C yaklaşık 1% doğal bolluğu sonucu olarak büyük resmi görebilmek için buraya tıklayın .
| Zirve | Amino Asit |
| 1 | D-aspartik asit |
| 2 | L-aspartik asit |
| 3 | L-glutamik asit |
| 4 | D-glutamik asit |
| 5 | D-serin |
| 6 | L-serin |
| 7 | Glisin |
| 8 | b-Alanin |
| 9 | D-alanin |
| 10 | g-amino-n-butirik asit (g-ABA) |
| 11 | L-alanin |
| Db-amino-n-butirik asit (Db-ABA) | |
| 13 | a-aminoizobütirik asit (a-AIB) |
| 14 | Lb-amino-n-butirik asit (Lb-ABA) |
| 15 | D / La-amino-n-butirik asit (D / La-ABA) |
| 16 | D-izovalin |
| 17 | L-izovalin |
| 18 | L-valin |
| 19 | e-amino-n-kaproik asit (EACA) |
| 20 | D-valin |
| D-izolösin | |
| 22 | L-izolösin |
| 23 | D / L-lösin |
Tablo 1. Standart ve tespit edilen amino asitler için tipik tepe kimlikleri Miller-Urey tip kıvılcım deşarj deneylerde üretilmektedir.
Şekil 3,. Miller-Urey tip kıvılcım deşarj deneylerin-HPLC kromatogramları FD temsilcisinin 3-21 dakika bölgesi. Tepe noktaları belirlendi ve standart bir ve analitik boş göre tutma süresi ve hedef bileşiklerinin kütle analizi ile nicelleştirilmiştir. Tüm ana hedefi elektrolit birlikte elüt edilen floresan tutma süreleri ile ayrılabilir ve α-AIB ve L-β-ABA D / L-lösin ile (tepe noktası ile coelutes (tepe 13 ve 14) ve D / L-norlösin, hariç olmak üzere, kütle spektrometrisi kullanılarak hesaplandı 23), kullanılan kromatografik koşullar altında gerçekleştirilir. D / L-norlösin, örnek hazırlama sırasında numune ve analitik boşlukları için bir dahili standart olarak eklenmiştir. Amino asit, bir ayırma 4.6 mm x 250 mm, 5 um parçacık boyutu fenil-Heksil HPLC kolonu kullanılarak elde edilmiştir. Mobil faz oluşmaktadır: A), aşırı saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOK), pH 8 ile% 8 metanol ile B), metanol, ve C) 50 mM amonyum format,. Kullanılan gradyan oldu: 0-5 dakika,% 100 ° C; 5-15 dakika,% 0-83 A,% 0-12 B,% 100-5 ° C; 15-22 dakika,% 83-75 A, 12 - % 20 B,% 5 ° C; 22-35 dakika,% 75-35 A, 20-60% B,% 5 ° C; 35-37 dakika,% 35-0 A,% 60-100 B,% 5-0 C, 37-45 dakika,% 100 B; 45-46 dakika,% B 100-0,% 0-100 C 46-55 dakika,% 100 ° C Akış hızı 1 ml / dakika idi.hres.jpg "target =" _blank "> büyük resmi görebilmek için buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Burada açıklanan protokol sayısız adımlar güvenli ve doğru Miller-Urey tip deneyler için kritik öneme sahiptir. İlk olarak, reaksiyon şişesine ya da numune ile temas edecek tüm cam ve numune alma araçları sterilize edilmesi gerekmektedir. Sterilizasyon iyice ultra-saf su (M 18.2 cm, <5 ppb TOC) ile, söz konusu ürün, durulama ve daha sonra önce en az 3 saat süreyle hava içinde 500 ° C sıcaklık tesiriyle için bir alüminyum folyo içinde sarılması ile elde edilir. Ekipman piroliz edilmiş ve analiz için numune hazırlarken, bakım organik kirlenmeyi önlemek için alınmalıdır kez. Kontaminasyon riski nitril eldiven, bir laboratuvar önlüğü ve koruyucu gözlük takarak minimize edilebilir. Kontaminasyon ortak kaynakları parmak izleri, cilt, saç, ve solunan nefes dahil olarak uzak kişinin vücudundan numuneler ile çalışmak emin olun. Islak eldiven ile temastan kaçının ve herhangi bir lateks veya naylon malzemeler kullanmayın. T İkincisi, tam gaz gidermeo önce reaksiyon şişeye gaz eklenmesinden Reaksiyon şişesi önemlidir. Kıvılcım örneğin CH 4 gibi yanıcı gaz deşarj edildiğinde reaksiyon şişesi içerisinde moleküler oksijen hatta küçük miktarlarının mevcudiyeti, bir patlama riski oluşturmaktadır. Şişeyi gazının birlikte, şişenin içindeki su sabit bir okuma önleyecek olan kaynar. 1) dondurma-çözme çevrimi ile balon degas (tipik olarak 3) kullanılır, ya da 2) sadece sıvı çözelti degas: Bu aşamada iki seçenek vardır. Bu durumda, biraz su, ancak bu miktar, geri kalan hacmi ile karşılaştırıldığında nispeten küçük olacak kaybolur. Üçüncü olarak, iyi bir şekilde donatılmıştır ve verimli kurulum dikkatli bir denemenin tamamı boyunca, elektrotlar tutarlı bir kıvılcım oluşturmak için inşa edilmelidir. BD-50E Tesla bobinleri onlar vakum kaçağı tespiti için tasarlanmıştır gibi, uzun süreli kullanım için tasarlanmış değildir. Tesla bobini aralıklı soğutma böylece uzun operasyonel ömrü boyunca tavsiye edilir. Oradae bu ulaşmanın birden çok yolu vardır. Basit bir yolu kıvılcım test cihazı ve güç kaynağı arasında sıralı bir zamanlayıcı eklemek ve / kapama döngüleri 1 saat dönüşümlü şekilde zamanlayıcı programı etmektir. Ticari bir fan ile Tesla bobini Soğutma de Tesla bobini ömrünü uzatmak için gerekli olabilir. Tesla bobini ucu dokunmadan veya neredeyse tungsten elektrotlar birine dokunarak olmalıdır; yaklaşık 1 mm veya daha az ikisi arasında bir mesafe. Buna ek olarak, yoğun bir boşaltma içeriğine contayı kırarak önlemek için Tesla bobini dokunmadan bir karşı elektrot üzerinde hafifçe dökümlü bir ucunda bir döngü ile iletken metal bir tel uzunluğu kullanılarak elde edilebilir. Ayrıca birincil kıvılcım jeneratörü kullanımdan ötürü başarısız durumda bulunan ikinci bir kıvılcım jeneratörü olması tavsiye edilir.
Burada özetlenen protokolünde çeşitli adımlar yaparken göz önünde bulundurarak değer birçok ek notlar vardır. Bir için manifold sistemi hazırlarkenn deneme ve cıva manometre kullanılarak, genellikle 1 mmHg hassas nedeniyle insan gözünün çözünürlüğü, en iyi ulaşılabilir olduğunu kabul edilir. Bazı gazlar direnç bazlı göstergeleri ile iletkenlik sorunlar ortaya çıkabilir. Önceden hazırlıklı olmalıdır Mercury manometreler mevcut potansiyel yayılım tehlikeleri.
3 L reaksiyon şişesi montaj ederken, silikon vakum yağ kullanımı potansiyel organik kirlenmeyi azaltmak, ancak bakım koşular arasında iyice bu kaldırmak için alınmalıdır. Aksi takdirde, vakum keçe engelleyebilir yüksek sıcaklıkta piroliz esnasında silika depozitlerinin birikmesi ile sonuçlanacaktır. Buna ek olarak, tungsten elektrot% 2 toryum tungsten gibi ticari olarak temin edilebilmektedir ve yarı-yuvarlak buzlu cam parçaları olarak tavlanmış olmalıdır. Bir fırın içinde cam monte tungsten elektrotları pirolize etme. Tungsten ve camın termal genleşme katsayıları farklı olan ve heati100 ° C'nin üzerinde ng cam tavlanmış elektrotların etrafında sızdırmazlık zayıflatmak ve sisteme sızıntı taşıyabilirler. Aynı zamanda, saf su bir prepyrolyzed cam pipet kullanılarak, kullanılan bağlantı noktasının üzerindeki herhangi bir gres yağı ile temasını önlemek için dikkat kullanarak veya pipetleme ile, dökme ile 3 L reaksiyon şişesine içine sokulabilir. Arzu edildiği takdirde tepkime tüpü içinde, sulu faz, tamponlanabilir. Örneğin, Miller ve arkadaşları, 9, NH3 / NH4CI tamponu ile pH ~ 8.7 'ye tamponlu çözelti. Bunu yapmak için, sulu faz, önceki reaksiyon şişesi içine tanıtılması NH4CI içinde 0.05 M yapılır. % 99.5 saflık, ya da daha büyük NH4CI, kullanılmalıdır. NH 3 geri kalan kısmı, daha sonra bir gaz halinde reaksiyon şişesine ilave edildi.
3 L'lik tepkime şişesi içine gaz giriş için hazırlık olarak, şişe, bir laboratuar jakı üstüne ayarlamak ve yavaşça kadar şişe düzeneğinin kaldırılması, bir mantar halkası üzerinde şişe yerleştirerek manifoldu üzerine monte edilebilir birrahat bağlantı sağlanır. Sızıntı olup olmadığını kontrol ederken, Sızıntı olasılıkla kaynakları zayıf reaksiyon balonuna tungsten elektrotları takmak yarım-yuvarlak buzlu cam eklemlerin kavşaklarda mühürler, ve boyun bağlı adaptör musluğunu dahil fazlalaştı 3 L reaksiyon şişesine. Bu kaynaklardan sızıntılar tespit ise, dikkatli, manifoldundan 3 L reaksiyon şişesine kaldırmak temiz laboratuvar dokusu ile bu bölgeleri silin, vakum gres taze bir kaplama yeniden ve sızıntı aramak için manifolduna şişeyi yatıştırıldı. Herhangi bir sızıntı bulunursa, reaksiyon şişesi içine gazların tanıtmak geçin.
Aygıt içine gazların verilmesi sırasında, gaz silindirleri güvenli bir desteğe tespit edilmelidir. Care yavaş yavaş gazların tanıtmak alınmalıdır. Aşırı baskı cam ve bağlı parçaları önlemek için manometre izlerken gaz tüpleri üzerindeki vanalar yavaş ve dikkatli bir şekilde açılmalıdır. Bu tha dikkat etmek önemlidirt ise NH3 NH4 + (~ 9.2) bir esas manifold içine NH3 gaz tüm sulu fazda çözünür olan pK altında kayda değer ölçüde suda çözünür olduğu için işleme, reaksiyon şişesi içine NH3 eklenmesi çevre sıcaklığında suyun buhar basıncı olarak şişeye ve manifolddaki son baskı. Bu basınç ulaşıldıktan sonra, bir transfer tamamlandığında varsayabiliriz. Aşağıdaki tam olarak arzu edilen basınçlarda reaksiyon şişeye gazları sokmak amacıyla dikkate alınmalıdır hesaplamalar örnekleri şunlardır:
Gaz NH 3 tanıtımı
Due NH3 çözünürlüğüne, esasen tümü reaksiyon şişesine manifolddan transferi ve sürece manifolddaki NH3 reaksiyonda suyun buhar basıncından daha yüksek bir basınçta olduğu, sulu faz içinde çözülürşişesi. Bu nedenle, ortam sıcaklığı dikkat edilmelidir ve bu sıcaklıkta suyun buhar basıncı önceden manifolduna NH 3 tanıtılması referans alınmalıdır. Reaksiyon şişesi içine alınmak üzere NH3 hedef basınç kaydedilen ortam sıcaklığında, 3 L bir reaksiyon şişesi içinde NH3 hedef basınç artı reaksiyon şişesi içerisinde suyun buhar basıncına eşit olmalıdır. Örneğin, 25 ° C 'de, suyun buhar basıncı yaklaşık 24 mmHg. Böylece, reaksiyon şişesi içine NH 3 200 mmHg tanıtmak amacıyla, yük öncesi manifold ve reaksiyon şişeye NH 3 aktarılması için manifolduna NH3 yaklaşık 225 mmHg. Bu, reaksiyon kabından içine verilmeden NH3 yaklaşık 200 mmHg neden olur.
CH 4 Tanıtımı
NH 3 ek ve inci dağılmasından sonrae Sulu faz, reaksiyon kabından üst kısmında basınç, 25 ° C, yaklaşık 24 mmHg ile suyun buhar basıncına eşit olacaktır. Bu değer, CH 4 200 mmHg, reaksiyon şişesi içine olacak şekilde manifolduna tanıtmak için ne kadar CH 4 için bir hesaplama gerçekleştirmek için, Şekil 4'te gösterilen örnek manifoldu ile bağlantılı olarak kullanılacaktır:
Reaksiyon şişesine da dahil olmak üzere tüm sistem boyunca, istenen P 1 = toplam basınç
Reaksiyon şişesine da dahil olmak üzere bütün sistemin V 1 = toplam hacmi,
P Reaksiyon şişesi içine verilmeden önce manifold hacminin doldurulması için gerekli 4 CH 2 = Basınç
Gaz sokulması için kullanılan manifoldu 2 V = hacim
Zaten, reaksiyon kabından üst kısmında basınç P = 3
Reaksiyon şişesinin içindekiler, 3 V = hacim
V = 1 3000 ml + 100 + 300 ml + 40 ml ml + 20 mi + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 7,000 mi
CH 4 P 2 = basınç hesaplanır
V 2 = 100 ml + 300 ml + 40 + 20 + 3.000 ml + 40 ml + 500 ml = 4,000 mi
H2O P = 3 24 mmHg
V 3 = 3.000 ml
N2 tanıtımı
CH 4 eklenmesini takiben, reaksiyon, şişenin tepe boşluğu 224 mm Hg arasında bir toplam CH 4 200 mmHg ve H2O 24 mmHg tarafından işgal edilir. Bu değer, t hesaplamak için, Şekil 4'te gösterilen örnek manifoldunun boyutları ile birlikte kullanılacako N N2 100 mmHg, reaksiyon şişesi içine olacak şekilde manifold içine gereken 2 basıncı:
Reaksiyon şişesine da dahil olmak üzere tüm sistem boyunca, istenen P 1 = toplam basınç
Reaksiyon şişesine da dahil olmak üzere bütün sistemin V 1 = toplam hacmi,
N2 P = 2 basınçlı bir reaksiyon şişesi içine verilmeden önce çeşitli ses doldurmak için gerekli
Gaz sokulması için kullanılan manifoldu 2 V = hacim
Zaten, reaksiyon kabından üst kısmında basınç P = 3
Reaksiyon şişesinin içindekiler, 3 V = hacim
H 2 N 2 = 324 mmHg CH 4 + 100 mmHg O + 200 mmHg P 1 = 24 mmHg
V = 1 3000 ml + 100 ml> + 300 ml + 40 ml + 20 mi + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 7,000 mi
2 2 = basınç hesaplanır
V 2 = 100 ml + 300 ml + 40 ml + 20 mi + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 4,000 mi
H 2 O CH 4 + 24 mmHg = 224 mmHg P 3 = 200 mmHg
V 3 = 3.000 ml
Şekil 4. Gaz akışını kontrol etmek stopcocks S 1 ve S2 olarak etiketlenmiş ise, V 8 -. Gaz akışını kontrol etmek 3 L reaksiyon şişesine Subap gazları sokmak için kullanılabilir Manifold / V vakum sistemi 1 olarak etiketlenir. Vanalar 1, 2, ve 6, ve Musluk 1 explicitl ifade ederken bu fazlalaştıy protokolde, diğer vana ve burada gösterilen manifolddaki musluk manifolda veya ikinci hacim (örneğin şişeler tutma) ekleme veya çıkarma için de yararlıdır. Nispeten yüksek basınçlar (yaklaşık 500 mmHg veya daha fazla) de manifoldu içine gazları tanıtan Örneğin, bu deneyci manifoldunun erişilebilir hacmini artırmak ve riskini en aza indirmek için manifolduna bağlı tüm tasfiye matara yararlandığına tavsiye edilir ve manifoldu aşırı baskı.
Deneyi başlatmadan sonra sistem deneme düzgün çalıştığından emin olmak için düzenli olarak kontrol edilmelidir. Kontrol etmek için şeyler şunlardır: 1) kıvılcım jeneratörü bir kıvılcım üreten, ve 2) kıvılcım sürekli bir şekilde tungsten elektrot arasında oluşturuluyor. Yukarıdaki şartlar yerine getirilmediği takdirde, güç kaynağından Tesla bobini bağlantısını kesin ve yedek Tesla bobini ile değiştirin. Bu arada, arızalı Tesla bobini onarımı yapılabilir.Çoğu kez, kıvılcım jeneratörü muhafazası içindeki iletişim plakalar uzun süreli kullanımından kaynaklanan aşınmış olabilir ve cilalı veya değiştirilmesi gerekir.
Deneyin tamamlanması üzerine, baş alanı gazlar solunum sistemi için rahatsız edici olabilir. Hidrojen siyanür gibi 4 zararlı gazlar, deney ile üretilebilir. Deneyci gaz analizi için numune toplama değilse tertibat önce sıvı örnekleri toplamak için, çeker ocak içinde kalırken, bu deney tamamlandıktan sonra yaklaşık bir saat boyunca uçucu tahliye etmek için bir su aspiratöre cihazı bağlamak için yararlı olabilir . Güvenlik nedeniyle, bu cihaz, tam işlevsel duman başlığı içinde havalandırılır tavsiye edilir. Numune toplama pozitif basınçlı HEPA filtreli akış tezgahı operasyonel bir davlumbaz ve numune alma yapılmalıdır tavsiye edilir.
Kıvılcım deşarj eski tarafından oluşturulmuş ürünlerin çok sayıda türleri arasındadeneylerinizi, amino asitler öneme sahiptir. Amino asitler, Strecker sentezi 17 üzerinden kolayca sentezlenir. Amino asitlerin Strecker sentezi, sulu faz içinde çözülmesi üzerine geçmesi α-aminonitrillerden oluşturmak üzere amonyak ile reaksiyona girer, reaksiyon cihaz, içine gaz elektrikli boşaltma etkimesi ile üretilen aldehit veya keton ve HCN tepkimesini içerir amino asitler vermek üzere hidrolizi. Bu, tabii ki, ancak bir sentez mekanizması, ve diğerleri, aynı zamanda, doğrudan amino asitler vermek üzere β-alanin öncüleri vermek üzere akrilonitril, ya da daha yüksek molekül ağırlıklı tholin-benzeri malzemenin doğrudan hidrolizi dahil olmak üzere, ön-maddeleri arasında, doğrudan aminasyonu gibi, ameliyat olabilir, , by-pass Strecker mekanizması.
Daha önce de belirttiğimiz önlemleri açıkça takip değilse Miller-Urey deneylerinde tarafından üretilen numunelerin amino asit kirlenme oluşabilir. Numune analiz sırasında, Searc için önemlidirnumune alma veya numune saklama kökenli olabilir karasal kontaminasyon belirtileri için h. LC-FD teknikleri ile bağlantılı olarak OPA / NAC 16'nın kullanımı D-ve kiral merkezleri ile amino asitlerin L-enantiomerleri ve bunların ilgili bireysel nicelendirme kromatografik ayırma sağlar. Deneyin sentezlenebilir kiral amino asitler, rasemik olmalıdır. Kiral merkezleri ile amino asitlerin sentezi sırasında kabul edilebilir deneysel hata genel olarak yaklaşık olarak% 10 olduğu kabul edilir. Bu nedenle birden fazla% 10, bir enantiomer olarak zenginleştirme düşündüren kiral amino asit D / L oranı örneğin kontamine olup olmadığını belirlemek için bir iyi bir ölçümdür.
Burada sunulan yöntemler Miller-Urey tip kıvılcım deşarj deney yapmak için nasıl talimat yöneliktir, ancak sınırlamalar unutulmamalıdır burada açıklanan tekniği vardır. Birincisi, tek 3 L reaksiyon şişesine ısıtma (Şekil 1B), Kıvılcım nemlendirme ve kimya deney içinde yer alan çok tahrik radikal türlerinin üretimini azaltmak, elektrotların uçları üzerine su buharının yoğunlaşması ile sonuçlanacaktır. Bundan başka, cihaz ısıtmak için bir ısıtma mantosu örneğin amino asitler gibi organik bileşikler, sentez için gerekli değildir. Bu onun daha karmaşık, özel yapılmış, çift şişe aparatı (Şekil 1A) 5 kullanılan ve içinde su vardı aygıtının altındaki (Şekil 1A) küçük şişeyi ısıtılmış Miller'in orijinal deney farklıdır. Isıtma aparatı başlangıç malzemelerinin dolaşımı ile yardımcı ve erken Dünya sistemi buharlaşma taklit amaçlanmıştır. İkincisi, burada ayrıntılı protokol o sürekli taşırıcı taburcu olarak Miller tarafından yapılan deneylere göre etkili bir deney tamamlamak için gereken süreyi iki katına Tesla bobini, kullanan / kapama döngüsü 1 saat önerirSistemin 4 içine CTricity. Kıvılcım jeneratörler uzun süreli kullanım için tasarlanmamıştır Üçüncü olarak, onlar uzun süreli kullanım sırasında arıza eğilimli ve birincil kıvılcım jeneratörü, bir deney sırasında başarısız olursa, düzenli bakımı ve bazen bir yedekleme birimi tarafından değiştirilmesi gerekir. Son burada açıklanan protokol uygun contalar yapmak için yüksek vakum yağ gerektirir cam kesme valflarının, kullanımını içerir. Eğer istenirse, politetrafloroetilen (PTFE) Vanaları vakum yağ önlemek için kullanılabilir. Ancak, bir kıvılcım kaçak detektörü ile potansiyel sızıntı bu stopcocks inceleyerek bu PTFE bütünlüğünü tehlikeye ve bu stopcocks tarafından yapılan kötü mühürler yol gibi kıvılcım PTFE'dir overexpose değil dikkatli olmak durumunda.
Mevcut teknikleri ile ilgili olarak, burada rapor edilen yöntemin önemi, sadeliği içinde yer alıyor. Ayrıca cle için önemli ölçüde daha az kırılgan ve daha kolay olan bir ticari olarak temin edilebilen 3 L şişe kullanırMiller 5 tarafından kullanılan özgün tasarım daha deneyler arasında. Cihaz az hantal olduğundan, bir davlumbaz içine bir deney yürütmek için yeterince küçük.
Burada belirtilen teknik hakim olmuştur sonra, bu ilk yer ortamında çok sayıda türleri simüle etmek için çeşitli yollarla değiştirilebilir. Örneğin, daha fazla oksitlenmiş gaz karışımları 14,18,19 kullanılabilir. Ayrıca, düzeneğin modifikasyonları kullanılarak, bir enerji kaynağı, örneğin, bir sessiz akıntı 4, ultraviyole ışık 20 kullanılarak volkanik sistemleri 4,12,21 taklit eden, yer kabuğunun 22 radyoaktivite taklit ve ürettiği enerjiyi taklit ile, değiştirilebilir meteoritic etkileri 23, ve aynı zamanda kozmik radyasyon 18,19 dan şok dalgaları.
Klasik Miller-Urey deneyi amino asitler, biyolojik proteinlerin önemli yapı taşları, syn edilebileceğini göstermiştirsimüle prebiyotik karasal koşullar altında basit başlangıç malzemeleri kullanılarak thesized. Elektrik deşarjı ile gaz moleküllerinin uyarma bu koşullar altında amino asitler de dahil olmak üzere organik bileşikler, üretimine yol açar. Amino asitler, çağdaş biyoloji için önemli olmakla birlikte, Miller-Urey deneyi sadece abiyotik sentezi için olası bir mekanizma sağlar, ve yaşayan organizmalar doğuran işlemler olasılıkla oluşumu daha karmaşık olduğu gibi, yaşamın kökenini açıklamak değil Basit organik moleküller.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar herhangi bir mali çıkarlarını beyan.
Acknowledgments
Bu çalışma ortaklaşa Kimyasal Evrim, YÖK-1004570, ve Astrobiyoloji için Goddard Merkezi için NSF Merkezi altında, NSF ve NASA Astrobiyoloji Programı tarafından desteklenmiştir. ETP NASA Gezegensel Biyoloji Staj Programı tarafından sağlanan ek finansman kabul etmek istiyorum. Yazarlar ayrıca ilk laboratuvar tesisleri kurma paha biçilmez yardım için Dr Asiri Galhena teşekkür etmek istiyorum.
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).
