Studie ontdekt eiwitstructuren die verantwoordelijk kunnen zijn voor het ontstaan ​​van leven

De vraag hoe het leven voor het eerst op onze planeet ontstond, is er een die we nog niet volledig hebben beantwoord, maar de wetenschap komt steeds dichterbij – en een nieuwe studie identificeert de structuren van de eiwitten die dit mogelijk hebben veroorzaakt.

Allereerst besloot het team achter het onderzoek uit te gaan van de veronderstelling dat het leven zoals we dat kennen afhangt van het verzamelen en gebruiken van energie. In de oersoep van de oude aarde kwam deze energie hoogstwaarschijnlijk uit de lucht, in de vorm van straling van de zon, of uit de diepten van de aarde zelf, waar warmte door hydrothermale openingen op de bodem van oude zeeën sijpelde.

Op moleculair niveau betekent dit energieverbruik: elektronenoverdracht, het fundamentele chemische proces waarbij een elektron van het ene atoom of molecuul naar het andere wordt overgebracht. Elektronenoverdracht is de kern Oxidatie- en reductiereacties (ook bekend als oxidatie-reductiereacties) die van vitaal belang zijn voor enkele van de basisfuncties van het leven.

Omdat metalen de beste elementen zijn om elektronenoverdracht uit te voeren, en complexe moleculen, eiwitten genaamd, de meeste biologische processen aansturen, besloten de onderzoekers om de twee te combineren en te zoeken naar eiwitten die de metalen binden.

Een systematische en computationele benadering werd gebruikt om metaalvindende eiwitten te vergelijken, waarbij enkele gemeenschappelijke kenmerken werden onthuld die identiek zijn in al deze eiwitten – ongeacht de functie van het eiwit, het metaal waaraan het bindt of het organisme in kwestie.

“We hebben gezien dat de metaalbindende kernen van de aanwezige eiwitten inderdaad vergelijkbaar zijn, hoewel de eiwitten zelf dat misschien niet zijn,” zegt microbioloog Jana Brombergvan Rutgers University – New Brunswick in New Jersey.

“We hebben ook gezien dat deze metaalbindende kernen vaak bestaan ​​uit herhalende kernstructuren, een beetje zoals Lego-blokken. Vreemd genoeg worden deze blokken ook gevonden in andere regio’s van eiwitten, niet alleen metaalbindende kernen, en in veel andere eiwitten waarmee we in ons onderzoek geen rekening hebben gehouden.”

De onderzoekers suggereren dat deze gemeenschappelijke kenmerken aanwezig waren en actief waren in de eerste eiwitten, en in de loop van de tijd veranderden in de eiwitten die we vandaag zien, maar met behoud van enkele gemeenschappelijke structuren.

denken Die oplosbare mineralen in de oude oceaan die de aarde duizenden miljoenen jaren geleden bedekte, hadden kunnen worden gebruikt om de elektronenmenging aan te drijven die nodig is om energie over te dragen, en dus biologisch leven.

“Onze waarneming suggereert dat deze herschikking van deze kleine bouwstenen mogelijk een of een klein aantal gemeenschappelijke voorouders heeft gehad en aanleiding heeft gegeven tot het volledige scala aan eiwitten en hun functies die momenteel beschikbaar zijn,” Bromberg zegt:. “Dat wil zeggen, in het leven zoals wij het kennen.”

Het team was in het bijzonder in staat om ontwikkelingen in eiwitplooien te identificeren – de vormen die eiwitten aannamen toen ze biologisch actief werden – die mogelijk de eiwitten hebben geproduceerd die we tegenwoordig kennen, bijna zoals het Molecular Family Tree Project.

De studie concludeerde ook dat biologisch functionele peptiden, de kleinere versies van eiwitten, mogelijk ouder waren dan de oudste eiwitten van 3,8 miljard jaar geleden. Dit alles draagt ​​bij aan ons begrip van hoe het leven begon.

Zoals altijd kan elke analyse van het begin van het leven op aarde ook belangrijk zijn bij het zoeken naar leven op andere planeten, aangezien het leven zich kan beginnen te ontwikkelen (of al is geëvolueerd) langs vergelijkbare biologische paden.

“We hebben heel weinig informatie over hoe het leven op deze planeet is ontstaan, en ons werk draagt ​​bij aan een verklaring die voorheen niet beschikbaar was,” Bromberg zegt:. “Deze verklaring zou ook kunnen bijdragen aan onze zoektocht naar leven op planeten en andere planetaire lichamen.

“Onze ontdekking van specifieke structurele bouwstenen is ook relevant voor inspanningen op het gebied van synthetische biologie, aangezien wetenschappers ernaar streven om specifiek actieve eiwitten opnieuw te bouwen.”

De zoekopdracht is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang.