Ny beregningsmodel af kemiske byggesten kan hjælpe med at forklare livets oprindelse

Forskere mangler endnu at forstå og forklare, hvordan livets informationsmolekyler – proteiner og DNA og RNA – opstod fra simplere kemikalier, da livet på jorden opstod for omkring fire milliarder år siden. Nu mener et forskerhold fra Stony Brook University Laufer Center for Fysisk og Kvantitativ Biologi og Lawrence Berkeley National Laboratory, at de har svaret. De udviklede en beregningsmodel, der forklarede, hvordan visse molekyler foldes og bindes sammen for at blive længere og mere komplekse, fører fra simple kemikalier til primitive biologiske molekyler. Resultaterne rapporteres tidligt online PNAS .

Tidligere lærte forskere, at den tidlige jord sandsynligvis indeholdt de grundlæggende kemiske byggesten, og vedvarende spontane kemiske reaktioner, der kunne binde korte kæder af kemiske enheder sammen. Men det er forblevet et mysterium, hvilke handlinger der så kunne få korte kemiske polymerkæder til at udvikle sig til meget længere kæder, der kan kode for nyttig proteininformation. Den nye beregningsmodel kan hjælpe med at forklare det hul i udviklingen af ​​kemi til biologi.

"Vi skabte en beregningsmodel, der illustrerer en fold-og-katalyserende mekanisme, der forstærker polymersekvenser og fører til løbske forbedringer i polymererne, " sagde Ken Dill, hovedforfatter, Fremragende professor og direktør for Laufer Centeret. "Det teoretiske studie hjælper med at forstå et manglende led i udviklingen af ​​kemi til biologi, og hvordan en population af molekylære byggesten kunne, over tid, resultere i fremkomsten af ​​katalytiske sekvenser, der er afgørende for biologisk liv."

I avisen, med titlen "The Foldamer Hypothesis for vækst og sekvens-differentiering af præbiotiske polymerer, "Forskerne brugte computersimuleringer til at studere, hvordan tilfældige sekvenser af vandelskende, eller polar, og vandsky, eller hydrofob, polymerer foldes og bindes sammen. De fandt ud af, at disse tilfældige sekvenskæder af begge typer polymerer kan kollapse og foldes til specifikke kompakte konformationer, der blotlægger hydrofobe overflader, tjener således som katalysatorer til at forlænge andre polymerer. Disse særlige polymerkæder, omtalt som "foldamer"-katalysatorer, kan arbejde sammen i par for at vokse længere og udvikle mere informationssekvenser.

denne proces, ifølge forfatterne, giver et grundlag for at forklare, hvordan tilfældige kemiske processer kunne have resulteret i proteinlignende forstadier til biologisk liv. Det giver en testbar hypotese om tidlige præbiotiske polymerer og deres udvikling.

"Ved at vise, hvordan præbiotiske polymerer kunne være blevet informative 'foldamers', vi håber at have afsløret et vigtigt skridt til at forstå, hvordan liv begyndte at dannes på jorden for milliarder af år siden, " forklarede professor Dill.