Det er et spørgsmål om gradienter

Termoforese til energiforsyning af tidlige celler. NIM -videnskabsmand Dr. Christof Mast og hans team foreslår termisk drevet dannelse af pH -gradienter og protonstrømning som kilde til kemisk energiomsætning i tidlige stadier af livet.

Transporten af ​​positivt ladede protoner langs en pH -gradient tjener til at generere energi i cellulære systemer, hvor membraner opretholder gradienten. Uden en membran, der indeholder højt udviklede pumpeproteiner, det vil være svært at forhindre protoner i at genbalancere deres koncentration i væsken med det samme. Et team ledet af LMU-biofysikeren Christof Mast i professor Dieter Brauns forskningsgruppe har opdaget en proces, der kun kan producere pH-forskelle selv uden membraner ved hjælp af en varmestrøm gennem en vandfyldt pore. Termisk energi omdannes til kemisk brugbar energi.

"Levende celler bruger pH -forskelle som den universelle drivkraft i deres cellekraftværker, "forklarer Mast. For cirka fire milliarder år siden, før udviklingen af ​​protonpumper, andre mekanismer var nødvendige for at generere pH -gradienter. "På den tidlige jord, termisk drevet dannelse af pH -gradienter kunne have været opnået nær varmekilder i porøs sten, "tilføjer Lorenz Keil, den første forfatter til publikationen i Naturkommunikation .

Protonstrøm som energikilde

Ligesom energiproduktionen fra vand, der strømmer langs en højdeforskel i vandkraftværker, celler kan producere kemisk energi ved kontrolleret udligning af protoner langs en pH -forskel gennem en membran. Sådanne pH -forskelle spillede også en vigtig rolle i udviklingen af ​​de vigtigste molekylære byggesten i livet, såsom ribonukleinsyre (RNA) og forskellige aminosyrer på den tidlige jord.

Varmestrømmen, som det forekommer for eksempel i oceaniske hydrotermiske felter, skaber en temperaturforskel mellem de modsatte sider af poren og forårsager to afgørende virkninger:biomolekyler vandrer gennem den såkaldte termoforese langs temperaturforskellen til den kolde side. På samme tid, en konvektiv strøm udvikler sig i poren ved synkningen af ​​det lidt tættere vand på den kolde side og stigningen af ​​det lettere vand på den varme side. Samspillet mellem begge mekanismer koncentrerer højere ladede molekyler på bunden af ​​poren. Der, de kan absorbere frie protoner og dermed etablere en højere pH i forhold til de øvre områder af poren.

Motor af de første celler på jorden?

Drevet af termisk konvektion, de første celler kunne have cyklet mellem regioner med forskellige pH-værdier. Den forholdsvis hurtige transport af vesikler kan forårsage en protongradient på tværs af proto-cellulære membraner, som udføres af sofistikerede protonpumper i deres moderne slægtninge. "Anvendelse af denne metode ville have gjort det muligt for tidlige celler at generere kemisk energi uden behov for aktivt drevne protonpumper, "sagde Mast, der opsummerede deres fund.

En simpel temperaturforskel udgjorde ikke kun et nyttigt værktøj til dannelse og multiplikation af de første biomolekyler, men kunne også have drevet metabolismen af ​​de første celler.