Miller-Urey-Experiment

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Das Miller-Urey-Experiment (auch Urey-Miller-Experiment oder Miller-Experiment) dient der Bestätigung der Hypothese, dass unter den Bedingungen einer postulierten Uratmosphäre eine Entstehung organischer Moleküle, wie sie heute bei Lebewesen vorkommen, möglich ist.

Stanley Miller simulierte 1953 zusammen mit Harold Clayton Urey im Labor der University of Chicago eine hypothetische frühe Erdatmosphäre. Das Experiment beschrieb er in seiner Veröffentlichung: Herstellung von Aminosäuren unter möglichen Bedingungen einer einfachen Erde.

Im Miller-Urey-Experiment mischt man einfache chemische Substanzen einer hypothetischen frühen Erdatmosphäre – Wasser (H₂O), Methan (CH₄), Ammoniak (NH₃), Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffmonoxid (CO)  – und setzt diese Mischung elektrischen Entladungen aus, welche die Energiezufuhr durch Gewitterblitze nachbilden sollen. Dabei entstehen nach einer gewissen Zeit organische Moleküle. Die Analyse des entstehenden Molekülgemisches wurde mittels Chromatographie durchgeführt.

Inhaltsverzeichnis 1 Ergebnisse 2 Abwandlungen der Versuchsbedingungen 3 Was das Miller-Experiment allein nicht erklärt 4 Reaktionswege beim Miller-Experiment 5 Literatur 5.1 Verwendete Literatur 5.2 Weiterführende Literatur 6 Weblinks

[Bearbeiten] Ergebnisse

Bei einer Ausgangsmenge von 59.000 Mikromol CH₄ entstehen^[1]:

Produkt	Formel	Ausbeute (Stoffmenge in μmol)	C-Atome	Stoffmenge der C-Atome in μmol
Ameisensäure	H − COOH	2330	1	2330
Glycin*	H2N − CH2 − COOH	630	2	1260
Glycolsäure	HO − CH2 − COOH	560	2	1120
Alanin*	H3C − CH(NH2) − COOH	340	3	1020
Milchsäure	H3C − CH(OH) − COOH	310	3	930
β-Alanin	H2N − CH2 − CH2 − COOH	150	3	450
Essigsäure	H3C − COOH	150	2	300
Propionsäure	H3C − CH2 − COOH	130	3	390
Iminodiessigsäure	HOOC − CH2 − NH − CH2 − COOH	55	4	220
Sarcosin	H3C − NH − CH2 − COOH	50	3	150
α-Amino-n-buttersäure	H3C − CH2 − CH(NH2) − COOH	50	4	200
α-Hydroxy-n-buttersäure	H3C − CH2 − CH(OH) − COOH	50	4	200
Bernsteinsäure	HOOC − CH2 − CH2 − COOH	40	4	160
Harnstoff	H2N − CO − NH2	20	1	20
N-Methylharnstoff	H2N − CO − NH − CH3	15	2	30
3-Azaadipinsäure	HOOC − CH2 − NH − CH2 − CH2 − COOH	15	5	75
N-Methylalanin	H3C − CH(NH − CH3) − COOH	10	4	40
Glutaminsäure*	HOOC − CH2 − CH2 − CH(NH2) − COOH	6	5	30
Asparaginsäure*	HOOC − CH2 − CH(NH2) − COOH	4	4	16
α-Aminoisobuttersäure	H3C − C(CH3)(NH2) − COOH	1	4	4
	Summe:	4916		8944

(*proteinogene Aminosäuren)

Insgesamt werden damit 18 % der Methanmoleküle in Biomoleküle umgewandelt, aus dem Rest entsteht eine teerartige Masse.

Ursprünglich im Jahr 1953 durchgeführt, hat dieses Experiment seitdem in vielen Varianten vergleichbare Ergebnisse ergeben. Es wird als Beweis dafür angesehen, dass die frühe Erdatmosphäre organische Moleküle in nicht zu vernachlässigenden Konzentrationen enthielt. Das Experiment kann aber keine Aussagen darüber machen, wie sich diese Moleküle etwa zu großen Strukturen verbunden hätten.

[Bearbeiten] Abwandlungen der Versuchsbedingungen

• Als Kohlenstoffquelle: Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Kohlenstoffdioxid
• Als Stickstoffquelle: molekularer Stickstoff N₂
• Als Energiequelle: UV-Licht

[Bearbeiten] Was das Miller-Experiment allein nicht erklärt

• Die Aminosäuren entstehen als 1:1-Racematgemische, in den Organismen sind aber überwiegend nur die L-Aminosäuren zu finden. Das Problem ist lösbar durch Mineralien als Katalysatoren, die aber von Miller nicht verwendet wurden.
• Neben einigen Aminosäuren entstehen auch Verbindungen, die in heute lebenden Organismen nicht vorkommen, zum Beispiel die zwei zu Alanin isomeren Aminosäuren β-Alanin und Sarcosin (siehe Tabelle). Das Nichtvorhandensein dieser Verbindungen in heutigen Organismen könnte möglicherweise durch Selektion in der Evolution der Stoffwechselwege erklärt werden, wodurch alle Varianten bis auf die heute von Organismen verwendeten Aminosäuren eliminiert wurden.

[Bearbeiten] Reaktionswege beim Miller-Experiment

Zunächst entstehen aus den Ausgangsstoffen Aldehyde (R-CHO) und Blausäure (Cyanwasserstoff HCN) als erste Zwischenprodukte.

In einer darauf folgenden Mehrstufenreaktion reagieren die Aldehyde mit Ammoniak als Katalysator zu Aminosäuren:

Summengleichung:	R-CHO + HCN + H2O	→	H2N-CHR-COOH
	Aldehyd		Aminosäure

So entsteht aus dem Aldehyd Methanal (H₂CHO) die Aminosäure Glycin, aus Ethanal (CH₃-CHO) entsteht Alanin.

Summengleichung:	R-CHO + HCN + 2 H2O	→	HO-CHR-COOH + NH3
	Aldehyd		Aminosäure

Aus Methanal entsteht die Glykolsäure (α-Hydroxy-ethansäure), aus Ethanal die Milchsäure (α-Hydroxy-propansäure) und aus Propanal (CH₃-CH₂-CHO) die α-Hydroxybuttersäure.

[Bearbeiten] Literatur

[Bearbeiten] Verwendete Literatur

1. ↑ Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Heft 9, S. 193

[Bearbeiten] Weiterführende Literatur

• Miller, Stanley L.: A production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science 1953, 117, 528-529
• S.L. Miller,and H.C. Urey, (1959) Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth Science, 130, 245
• Thoms, Sven P.: Ursprung des Lebens. Frankfurt: Fischer, 2005, ISBN 3-5961-6128-2

[Bearbeiten] Weblinks

• 50 Jahre DNA-Doppelhelix und Miller-Experiment aus Nachrichten aus der Chemie (PDF)
• Herunterladbare Filme in denen Miller sein Experiment erklärt
• Ein Interview mit Stanley Miller: From Primordial Soup to the Prebiotic Beach
• Origin of Life on earth by Leslie Orgel
• Eine Facharbeit zum Miller Experiment
• Forschungsprojekt Miller-Urey Experiment am IKS der TU-Graz