[Biochemie] Selbstreproduzierende Viren

[eminion]

Hallo,
seit dem ich Viren einmal im Unterricht und in weiteren Büchern kennengelernt habe, stellt sich mir immer eine Frage, die bisher noch nicht beantwortet wurde:
Warum reproduzieren diese sich (mit Hilfe von Wirtszellen) selbst?
Dabei reicht mir aber nicht eine Begründung a la Selbsterhaltungswillen, ich würde dies gerne molekular wissen. Liegt es an den Kohlenstoffatomen in bestimmter Verbindung? Hab aber auch noch nicht gesehen, dass mein Bleistift einen Selbsterhaltungswillen gehabt hätte.
Woran also dann? Verbindung Kohlenstoff-Sauerstoff-Wasser? Aber woher will diese Verbindung "wissen": Ich möchte mich selbst erhalten?
In der Informatik ist es einfacher, dort erreicht man schon anhand Variablen, dass sich ein Programm quasi selbstweiterschreiben kann.
Aber in der belebten Materie > a propos: Wodurch unterscheidet sich die belebte von der unbelebten Materie molekular/chemisch/bindungsmäßig?
ist das ganze doch etwas schwieriger.

 

[Kampfwurst]

Ich bin mal so chauvinistisch und behaupte, dass Viren keinen reproduktionswillen, bzw. überhaupt keine mentalen Zustände haben.

Wie alles in unterem Körper (alle Zellen und Zellorganellen) und an Organischem haben sich auch Viren entwickelt und der Umgebung angepasst. Natürliche Selektion. Die Viren die das brauchbarste "Verhaltensmuster" angewandt haben haben sich so auch fortgepflanzt.

Wieso sie das machen? Wie gesagt. Ich behaupte, dass Viren frei von jeglichem Bewusstsein sind. Wieso tut unsere Leber auf molekularer Ebene genau das was sie tut? Ich halte es nicht für sinnvoll oder möglich organischem Material eine Intention zuzusprechen. Auf keiner Ebene.

 

[eminion]

Gut. Sprechen wir nicht von Willen. Aber fakt ist: Sie tun es. Angeleitet durch die virale RNA. Nur: Durch welche molekularen Bausteine (z.B. 5. C-Atom an O > Verdopplung von ... > und warum genau dieses C-Atom)?

 

[birnchen]

Warum teilen sich Zellen oder Bakterien?

 

[Wasweissdennich]

Warum teilen sich Zellen oder Bakterien?

das auch nicht zu wissen hilft ihm doch nun auch nicht weiter

ich wüßte die Antwort auch gern, schließlich würde es es die und uns nicht geben wenn diese kleinen organischen Haufen sich nicht teilen würden ohne selbst zu wissen warum

 

[birnchen]

Wird euch keiner so genau sagen können. Ist halt auf der DNA/RNA so programmiert.

 

[Reddogg]

Im Grunde wenn man anfängt über diese Sachen zu sprechen kommt man hin das Moleküle sich erkennen und dies Mechanismen freischaltet die dann ausgeführt werden. Siehe RNA- oder DNA-Virenstrang, er wird in die Zelle abgegeben. Nun kann man fragen warum ist das so? Diese werden über Bindungs- und Oberflächenproteine/moleküle iniitiert. Das zu erklären würde ganz tief bis in Elektron/Protonen/Neutronen etc. Ebene führen und irgendwann schlussendlich zum "Sinn des Lebens" führen. Und das wiederum kann die Wissenschaft noch nicht erklären. Vielleicht geht es bald besser wenn das CERN weiter seine Aufgaben absolviert.
Also die Frage nach dem "Wollen" ist im Grunde am Ende die Frage nach dem "Sinn des Lebens" warum führen bestimmte Anzahl an Elktronen/Protonen etc. zu größeren Molekülen, warum führt dies wieder zu anderen Mechanismen, etc. etc..

 

[eminion]

Schon klar, dass es auch physikalisch in immer tiefere Ebenen geht. Aber evt. sind ja wenigstens die Bedingungen für die Reproduktion innerhalb der DNA/RNA im nanometerbereich (also auf der Molekülebene) bekannt und irgendwer im Forum ist Professor für Biochemie und könnte dies aufklären.

 

[phip]

[...]die Bedingungen für die Reproduktion innerhalb der DNA/RNA [...]

Das kann man doch überall nachlesen... Ich empfehlen dir den Stryer... Ist eine Art Biochemie-Bibel für die ersten beiden Semester im Biochemie-Studium... Ansonsten finde ich deine Frage merkwürdig... Bei konkreteren, fassbareren Fragen antworte ich gerne...

 

[GeneralTao]

Hallo, ich bin Biologe und hoffe deine Fragen angemessen beantworten zu können. Da ich nicht weiß, über welche Vorkenntnisse du verfügst, zögere bitte nicht zu sagen wenn es dir zu einfach oder zu kompliziert ist oder wenn etwas unklar bleibt.

Natürlich haben Zellen und Moleküle kein Bewusstsein und nicht den "Wunsch", sich zu vermehren. Warum sie es trotzdem tun werden ich versuchen zu erklären, indem ich sowohl auf die Frage nach dem wie als auch nach dem warum der Vermehrung eingehe. Wenn dich der Hintergrund nicht interessieren sollte, kannst du auch direkt zum warum springen, aber du hast ja explizit nach den biochemischen Mechanismen gefragt.

Zuerst das wie:
Lebewesen, und zwar alle Lebewesen, vermehren sich durch Zellteilung. Das gilt für Mikroben und Bakterien genau so wie für Mehrzeller wie uns Menschen, denn jeder neue Mensch entsteht ja bekanntlich aus einer einzigen Zelle, nämlich einer befruchteten Eizelle. Bei Viren verhält es sich etwas anders, aber Viren sind auch keine richtigen Lebewesen.

Um sich teilen zu können, muss eine Zelle erst einmal wachsen und ihre verschiedenen Bestandteile wie beispielsweise die DNA vervielfältigen. Dies geschieht wie die meisten Prozesse, die in Zellen ablaufen, durch Enzyme.
Wie du vielleicht weißt, laufen chemische Reaktionen meist nicht einseitig ab, sondern es gibt eine Hin- und Rückreaktion. Enzyme sind bestimmte Proteine, die dafür sorgen, dass das Gleichgewicht zwischen Hin- und Rückreaktion bei bestimmten Reaktionen in der Zelle in eine Richtung verschoben wird, dass also die Hin- oder die Rückreaktion häufiger abläuft und dadurch mehr von einem bestimmten Stoff gebildet oder abgebaut wird. Dies ist ein eigener Forschungsbereich, die Enzymkinetik.

Enzyme bestehen wie alle Proteine aus einer Kette von verschiedenen Aminosäuren, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind. Aminosäuren sind sehr kleine und einfache Moleküle, die allerdings unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften haben, z.B. können sie sauer oder basisch, geladen oder ungeladen und wasser- oder fettlöslich sein. Allein durch die Position von Aminosäuren mit bestimmten Eigenschaften an bestimmten Stellen in der "Kette", aus der das Protein besteht, wird dessen Form und Funktion bestimmt. Wie du vermutlich weißt, wird die Sequenz der Proteine, also welche Aminosäuren sich in der Kette wo befinden, durch die DNA, also durch die Gene bestimmt. Die Gene stellen damit die Baupläne für die Proteine dar, welche durch ihre vielfältigen Funktionen wiederum dafür sorgen, dass die DNA erhalten bleibt und sich vermehrt, dass also Nachkommen entstehen, welche die gleichen Gene besitzen. Alle Eigenschaften und Fähigkeiten jedes Lebewesen dienen letztlich diesem einen Zweck. Und damit kommen wir langsam zu dem warum:

Im Grunde ist es ganz simpel: Ein Lebewesen, das sich nicht vermehrt, stirbt aus. Seine Gene gehen damit verloren. Die ersten Lebewesen hatten vermutlich weder DNA noch Proteine und waren auch keine Zellen im heutigen Sinne, sondern Ribozyme. Das sind RNA-Moleküle, die sowohl genetische Informationen enthalten können (ähnlich wie DNA) als auch als Enzym funktionieren. Bestimmte Ribozyme sind also in der Lage, sich selbst zu vermehren. Die ersten dieser Ribozyme sind vermutlich zufällig entstanden, und durch ihre Vermehrungsfähigkeit gab es eben bald ziemlich viele davon, welche sich Mutationen und natürliche Selektion weiterentwickelten und letztlich zur Entstehung des Lebens in seinen heutigen Formen führte.

Zu deiner zweiten Frage:

Wodurch unterscheidet sich die belebte von der unbelebten Materie molekular/chemisch/bindungsmäßig?
ist das ganze doch etwas schwieriger.

Da gibt es keinen festen Unterschied, jedenfalls ist es unmöglich eine klare Linie zu ziehen. Wenn man z.B. eine Pflanze in flüssigem Stickstoff einfriert, stirbt sie, ist also kein Lebewesen mehr, besteht aber aus genau der gleichen Materie wie zuvor. Ein Mensch ist ein Lebewesen, eine Aminosäure oder ein DNA-Nukleotid ist keins. Doch was ist mit einem Ribozym oder einem Virus? Die Übergänge sind nahtlos. Die kennzeichnenden Eigenschaften eines Lebewesens sind nach gängiger Definition:

1. Fähigkeit zur Selbsterhaltung
2. Fähigkeit zur Interaktion mit und Anpassung an die Umwelt
3. Fähigkeit zu Wachstum und Vermehrung
4. Weitergabe von Informationen an die Nachkommen
5. Stoffwechsel, d.h. Aufnahme und Verarbeitung von Energie (Licht) oder bestimmten Stoffen (Nahrung) als Energiequelle

Ob all diese Punkte zutreffen müssen, ob es noch weitere gibt etc. ist auch unter Wissenschaftlern nicht unumstritten.

 

[paddya]

Wenn man z.B. eine Pflanze in flüssigem Stickstoff einfriert, stirbt sie, ist also kein Lebewesen mehr, besteht aber aus genau der gleichen Materie wie zuvor.

Und warum stirbt die Pflanze? Werden durch den Kälteschock bestimmte Strukturen irreversibel denaturiert (wasserhaltige Strukturen dürften durch Eiskristallbildung besonders betroffen sein)?

Greetz

paddya

 

[GeneralTao]

Und warum stirbt die Pflanze? Werden durch den Kälteschock bestimmte Strukturen irreversibel denaturiert (wasserhaltige Strukturen dürften durch Eiskristallbildung besonders betroffen sein)?

Richtig, die Bildung von Eiskristallen und die damit verbundene Ausdehnung des Wassers setzen den Zellen des größten Schaden zu. Wenn man die Pflanze jedoch schockgefriert entsteht amorphes Eis, welches keine Kristalle bildet und daher die Zellstrukturen nicht zerstört. Proteine werden allerdings nur durch Hitze denaturiert, Kälte macht ihnen nichts aus (Laborproben von Proteinen, DNA etc. werden grundsätzlich bei -80°C gelagert, um sie am besten zu erhalten).
Interessant ist auch, dass man einfache Lebewesen wie Bakterien oder Kulturzellen in Dimethylsulfoxid (DMSO), welches beim Gefrieren keine Kristalle formt, einfrieren und danach wieder auftauen kann. Alle Zellen, die das giftige DMSO und den Schock des Gefrierens uns Auftauens überstehen, leben dann wieder. Dies erschwert die Definition von Leben also noch mehr.

Doch warum die Pflanze stirbt? Das regt die philosophisch anmutende, aber eigentlich rein wissenschaftliche bzw. definitorische Frage an, was Leben und was Tod ist. Die Merkmale von Lebewesen habe ich ja oben aufgelistet. Nach dem Gefrieren weist die Pflanze nun keines dieser Merkmale mehr auf, sie ist also von einem lebenden in einen nichtlebenden Zustand übergegangen, man könnte also sagen gestorben. Falls es jedoch gelingen sollte, sie ohne Schaden wieder aufzutauen, könnte sie vermutlich wieder leben.
Tatsächlich können viele Pflanzen Temperaturen bis weit unter 0°C überstehen, indem sie sich in einen Schutzzustand begeben, was allerdings mehrere Wochen dauert und der Überwinterung dient. In diesem Schutzzustand finden jedoch praktisch keine Stoffwechselprozesse statt, weshalb es also fraglich ist, ob die Pflanzen in dieser Zeit noch als Lebewesen zu betrachten sind.

Bei Lebewesen mit fester Körpertemperatur wie uns Menschen ist das ganze noch schwieriger, da bestimmte Prozesse im Körper wie die Herzfunktion nur innerhalb eines engen Temperaturbereichs möglich sind und, wenn sie einmal gestoppt sind, nicht mehr von selbst beginnen können.

 

[eminion]

Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Im großen und ganzen konnte ich alles nachvollziehen, viel kannte ich auch schon, da ich ja Bio Leistungskurs (damals, in der Schule) hatte. Jedoch haben mir auch diese ganzen 2 Jahre nicht erklärt, wie es molekular darum steht. Die DNA besteht, genauso wie die virale RNA, aus Aminosäuren. Diese ganze T-A- u.s.w. Geschichte.
Der Einfachheit halber würde ich meine Frage nach der molekularen Geschichte mal auf die Viren am Beispiel des einfachen Tabakmosaikvirus runterreduzieren. Auch das hat RNA. Mittlerweile ist, so Meldungen, auch die komplette Struktur bekannt. Also müsste doch die Stelle der RNA ausfindig zu machen, welche für die Reproduktion der "Hülle" (welche hier wiederum aus einzelnen bestandteilen besteht) zuständig ist. Dies müsste demzufolge irgendeine T-A-C-oder-irgendwas Verbindung sein. Dann könnte man analysieren, warum diese für die Verdopplung zuständig ist. Liegt es an der Verbindung der O-C-H-Atome? Am Bindungswinkel? An was völlig anderem? Meine Fragen beziehen sich eben hier vor allem auf die Atome. Dies hat mir bisher weder der Stryer, der Bioleistungskurs erklärt. Deswegen wollte ich ich wissen, ob vielleicht an der Uni diese Fragen etwas tiefgründiger als an der Schule erörtert werden.

 

[GeneralTao]

Die DNA besteht, genauso wie die virale RNA, aus Aminosäuren. Diese ganze T-A- u.s.w. Geschichte.

Nicht ganz, die DNA / RNA besteht aus Nukleotiden, Proteine bestehen aus Aminosäuren. Ich schmeiß beides aber auch gern durcheinander, besonders Guanin/Glutamin, Adenin/Alanin, Cytosin/Cystin und Thymin/Tyrosin

Also müsste doch die Stelle der RNA ausfindig zu machen, welche für die Reproduktion der "Hülle" (welche hier wiederum aus einzelnen bestandteilen besteht) zuständig ist. Dies müsste demzufolge irgendeine T-A-C-oder-irgendwas Verbindung sein. Dann könnte man analysieren, warum diese für die Verdopplung zuständig ist. Liegt es an der Verbindung der O-C-H-Atome? Am Bindungswinkel? An was völlig anderem? Meine Fragen beziehen sich eben hier vor allem auf die Atome.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich deine Frage richtig verstanden habe, aber sowohl an der Replikation der DNA als auch am Umschreiben der DNA in mRNA, welche dann als Bauplan für die Proteine dient, sind, wie ich oben schon schrieb, diverse Enzyme beteiligt: Bei der Replikation in erster Linie die DNA-Polymerase, beim Umschreiben (Transkription) in erster Linie die RNA-Polymerase. Für beide Enzyme gibt es bestimmte Erkennungssequenzen und Bindestellen in der DNA (bzw. teils andere Proteine, die an solche Sequenzen binden und dann wiederum als Andockstelle für die Polymerase dienen). Wenn die Polymerase dann an die DNA gebunden hat, katalysiert sie die Replikation bzw. Transkription des entsprechenden DNA-Stranges oder Gens, und das bei der Transkription entstehende mRNA-Molekül dient dann als Bauplan für ein bestimmtes Protein wie z.B. auch das Hüllenprotein des Tabakmosaikvirus.

Die Erkennung und das Binden an bestimmte Sequenzen erfolgt über einen bestimmten Bereich der jeweiligen Polymerase oder des entsprechenden Hilfsproteins (Bindedomäne), der zu einer (oder mehreren) bestimmten DNA Sequenz(en) homolog ist - das bekannte Schlüssel-Schloss-Prinzip. Relativ anschaulich sind solche Interaktionen z.B. hier und hier dargestellt. Wie man sieht passen beide Moleküle wie Puzzleteile ineinander, die Bindungswinkel spielen also tatsächlich eine Rolle und sind auch eines der Merkmale, die bei der Strukturaufklärung von Proteinen mittels Röntgenstrukturanalyse und NMR-Spektroskopie untersucht werden.

Für die Bindung zwischen DNA und Protein sind "schwache", d.h. nicht-kovalente Bindungen, wie zum Beispiel Wasserstoffbrückenbindungen (welche auch für die Oberflächenspannung des Wassers verantwortlich sind), hydrophobe Wechselwirkungen (denen wir die Existenz von Zellmembranen zu verdanken haben, van-der-Waals-Bindungen, elektrostatische Anziehung (DNA ist stark negativ geladen, und bestimmte Aminosäuren sind positiv geladen) und ähnliches verantwortlich, die durch die spezielle Aminosäurensequenz der Bindedomäne ermöglicht werden.

 

[eminion]

Stichwort Röntgenstrukturanalyse.
Ich will dies gerne wieder auf Nanoebene bringen. Sowohl die DNA als auch die Enzyme bestehen aus Atomen. Zumindest vom Tabakmosaikvirus und auch von einigen, einfachen Bakterien ist die komplette Struktur bekannt. Ich hoffe ich lehne mich jetzt nicht zu weit aus dem Fenster - aber wenn schon die komplette Struktur bekannt ist - auch auf atomarer Ebene - dann müsste es doch auch eine Gruppe Atome geben, die für die Reproduktion weiterer Atome zuständig sind.
Genau da würde ich gerne wissen, welche Atome es sind. Dann könnte man auch für jjedes komplett entschlüsselte Lebewesen diese Gruppe von Atomen dingfest machen. Zum Schluss müsste man dann noch klären, warum diese für die Verdopplung der DNA verantwortlich sind.
Liegt es am Anteil der Kohlenstoffatome?
Liegt es an der 3D-Struktur?

Zum Thema Cern:
Ich denke nicht, dass die Ebene der Elektronen und Protonen hier von Bedeutung ist, sondern eher die der Atome. Deswegen schieße ich mich hier so auf die Nanoebene ein.

 

[GeneralTao]

dann müsste es doch auch eine Gruppe Atome geben, die für die Reproduktion weiterer Atome zuständig sind.

Es kann sein dass ich dich hier völlig missverstanden habe, aber kein Lebewesen ist in der Lage, Atome zu erschaffen oder zu zerstören (bis auf den Menschen freilich, aber der tut dies auch nicht in seinem eigenen Körper). Die Produktion von neuen Proteinen und neuer DNA/RNA erfolgt aus bereits bestehenden Bestandteilen, den Aminosäuren und Nukleotiden, welche je nach Organismus teils von diesem selbst erzeugt, teils mit der Nahrung aufgenommen werden.

Genau da würde ich gerne wissen, welche Atome es sind. Dann könnte man auch für jjedes komplett entschlüsselte Lebewesen diese Gruppe von Atomen dingfest machen.

Die für die DNA-Replikation entscheidenden Atome sind die, aus denen die Bindungsdomäne besteht. Natürlich kann man nun, wenn man die Struktur einer Bindungsdomäne aufgeklärt hat, mehr oder weniger genau sagen "Das H-Atom an dieser Position ist nun über eine Wasserstoffbrücke mit dem O-Atom an jener Position verknüpft". Die Wechselwirkungen sind aber nur im Kontext des Gesamtproteins oder zumindest der Proteindomäne zu verstehen, wie beispielsweise beim Einfluss benachbarter Atome im gleichen Molekül auf die jeweiligen Bindungswinkel.
Das geht nun über die Nanoebene hinaus, klar, doch die Interaktion von Makromolekülen wird DNA und Proteinen anhand einzelner Atome verstehen zu wollen gleicht etwa dem Versuch, einen Text zu interpretieren, indem man die Form der einzelnen Buchstaben analysiert. Dies liefert einem sicher ebenfalls wichtige Informationen, aber eben nicht zu dieser Frage.
Wie diese einfachen Molekülstrukturen letztlich die Verdopplung der DNA und andere Prozesse ermöglichen, habe ich in den beiden obigen Posts ausführlich beschrieben, denke ich.

 

[eminion]

Zwar dauerte es diesmal ein wenig länger, trotzdem geht das Wechselspiel weiter. Ich gehe dazu mal auf die Text-Lese-Geschichte und die Wasserstoffbrückenbindungen ein.

Die Wasserstoffbrückenbindungen gibt es ja überall. Das heißt, diese würde ich nicht als "Träger des Lebens" identifizieren. Mit überall meine ich, die existieren auch dort an den Stellen der DNA, an denen die Augenfarbe oder die Haarfarbe codiert ist. Also müsste es vermutlich eine Stelle an der DNA geben, die für die Replikation zuständig ist. Diese Stelle besteht aus Atomen (die üblichen Verdächtigen Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff-Atome), jedoch in ganz besonderen Bindungsverhältnissen.
Nochmal als Beispiel: Mein Bleistift (Kohlenstoff) liegt in einer sauerstoffenthaltenden Atmosphäre. Wenn ich da jetzt Wasser draufgebe, lebt der trotzdem noch nicht. Also muss es andere Bedingungen geben, damit eine Replikation erfolgreich ablaufen kann.
Weil die Viren sehr einfach gebaut sind, müssten die Bedingungen sich dort einfach runterbrechen lassen.
Außerdem - und jetzt komme ich zu der Text-Lese-Geschichte - ist der atomare Aufbau bekannt. Was mir jedoch als nicht Institutsangestellter nicht bekannt ist, ob wir den Text schon bis zur Replikation gelesen haben.
Einzelne Atome können meiner Meinung nach nicht für die Replikation verantwortlich sein. Ich habe mittlerweile eher die Vermutung, dass Elektrizität (auch bei einem Virus?) eine Rolle spielt.
Dies erinnert auch an einen Forschungsversuch, die Uratmosphäre nachzubilden. Einfach die Bestandteile im Glaskolben brachten nichts, währenddessen durch die Zugabe von Elektrizität einfache organische Makromoleküle entstanden, wie z.B. Harnsäure.
Leider noch nicht fähig zur Selbstreproduktion. Die entscheidenden Atome in der richtigen Bindung fehlten dafür also.
Doch was sind das für Atome und warum (nicht prinzipiell, sondern molekular betrachtet z.B. aufgrund der Bindungswinkel) besitzen sie, und zwar genau sie, diese Fähigkeit?

 

[GeneralTao]

diese würde ich nicht als "Träger des Lebens" identifizieren.

"Träger des Lebens" ist ein irreführender Begriff - was Leben ist und was nicht, ist letztlich nicht über den molekularen Aufbau definiert, sondern über die Fähigkeiten, die ich in meinem ersten Post hier schon genannt habe - Vermehrung, Stoffwechsel, Weitergabe von Informationen, Anpassungsfähigkeit usw.. Es könnte auch Lebewesen geben, die sich grundlegend von dem irdischen Leben unterscheiden, z.B. auf Basis von Silizium und Schwefelwasserstoff statt Kohlenstoff und Wasser. Computerprogramme, die selbst neue Programme schreiben, um Lösungen für bestimmte Problemstellungen zu finden, könnte man ebenfalls als Lebewesen beschreiben, auch wenn sie im engeren Sinne nicht einmal aus Materie bestehen. Es geht um die Fähigkeiten, nicht die Struktur.

Also müsste es vermutlich eine Stelle an der DNA geben, die für die Replikation zuständig ist. Diese Stelle besteht aus Atomen (die üblichen Verdächtigen Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff-Atome), jedoch in ganz besonderen Bindungsverhältnissen.

Wie ich schon sagte: Solche Stellen gibt es. Sie dienen als Bindestelle für die Primer. Primer binden über Wasserstoffbrücken an homologe DNA-Sequenzen und dienen wiederum als Andockstelle für die DNA-Polymerase dienen. Die DNA-Polymerase ist es letztlich, die die DNA repliziert. Wie genau dies funktioniert habe ich in meinen vorherigen Posts erläutert, falls du dazu also Fragen haben solltest würde ich vorschlagen dass du dort oder in den verlinkten Artikeln nachsiehst, oder aber in jedem beliebigen Biologie-Buch für die Oberstufe.

Alle komplexen Prozesse bei der DNA-Replikation laufen auf Molekülebene ab. Das komplizierte sind die räumlichen Strukturen der Proteine und deren Bedeutung für ihre Funktion. Die zugrundeliegenden atomaren Wechselwirkungen hingegen - ionische Ladungen, polare Bindungen usw. - sind auch nicht komplexer als bei jeder chemischen Reaktion in unbelebter Materie.

Weil die Viren sehr einfach gebaut sind, müssten die Bedingungen sich dort einfach runterbrechen lassen.

Nein, Viren können sich ja gar nicht selbst vermehren. Sie lassen dies von dem jeweiligen infizierten Wirt erledigen, und die Replikation ihrer DNA ist mindestens genau so kompliziert wie die des Wirtes, wenn nicht noch komplizierter, da Viren meist noch eine Vielzahl von Zusatzeffekten auslösen.

Einzelne Atome können meiner Meinung nach nicht für die Replikation verantwortlich sein.

Nein, entscheidend ist sie Sequenz und Struktur des für die Replikation verantwortlichen Moleküls, der DNA-Polymerase, die aus mehreren tausend Atomen besteht.

Ich habe mittlerweile eher die Vermutung, dass Elektrizität (auch bei einem Virus?) eine Rolle spielt.

Energie spielt eine Rolle, klar. Jede chemische Reaktion, auch in Lebewesen, benötigt Energie. Hierfür verwenden Lebewesen jedoch keine Elektrizität, sondern beispielsweise Sonnenlicht oder energiereiche chemische Verbindungen (weshalb wir ja essen und atmen ;-) )

Dies erinnert auch an einen Forschungsversuch, die Uratmosphäre nachzubilden. Einfach die Bestandteile im Glaskolben brachten nichts, währenddessen durch die Zugabe von Elektrizität einfache organische Makromoleküle entstanden, wie z.B. Harnsäure.
Leider noch nicht fähig zur Selbstreproduktion. Die entscheidenden Atome in der richtigen Bindung fehlten dafür also.

Ganz genau. Das Experiment, auf das du dich beziehst, ich das Miller-Urey-Experiment, in dem nachgewiesen wurde, dass in der "Ursuppe" spontan Aminosäuren entstehen können. Aminosäuren sind aber nur die grundlegenden Bausteine des Lebens, sie selbst können sich nicht replizieren - nur die aus ihnen aufgebauten, viel größeren und komplexeren Proteine können dies.

Doch was sind das für Atome und warum (nicht prinzipiell, sondern molekular betrachtet z.B. aufgrund der Bindungswinkel) besitzen sie, und zwar genau sie, diese Fähigkeit?

Also, dies jetzt im Detail selbst für ein einziges Enzym, die DNA-Polymerase, zu erklären, würde hier den Rahmen mehr als spengen - darüber wurden hunderte wissenschaftliche Abhandlungen und Studien publiziert. Entscheidend ist, dass an bestimmten Stellen des Enzyms DNA und Nukleotide binden können, weil die an diesen Stellen befindlichen Atome eben Wasserstoffbrückendonor oder -akzeptor oder positiv oder negativ geladen sind. Die Atome selbst tun nicht viel mehr als das. Ihre räumliche Position in der Proteinstruktur ist entscheidend - die Struktur des Proteins muss zur Struktur der DNA passen, wie in meinem vorherigen Post schon beschrieben.

 

[eminion]

Ums kurz zu machen:
Dann muss ich wahrscheinlich Doktorarbeiten lesen.

Das mit den Viren hatte ich etwas anders gemeint. Die pflanzen sich mit Hilfe einer Wirtszelle fort.

Ansonsten ist mir ja der grobe Ablauf durch Dio-Leistungskurs bekannt, allein es fehlen die Feinheiten (zum Beispiel eine Zerlegung der DNA-Polymerase).
Aber dies wird wahrscheinlich für ein Forum zu ausschweifend. Deswegen möchte ich mich hier für die Antworten bedanken, besonders von GeneralTao.

 

[birnchen]

Vielleicht solltest du dir zunächst mal die Begrifflichkeiten "anorganisch" und "organisch" klar machen. Mit deinem Bleistiftbeispiel kommst du nicht weiter, wenn du den heranziehst, weil da Kohlenstoff drin ist. Das ist nicht die Definition von organischer Materie.