Forskere finder, at aminosyren arginin kan have spillet en vigtigere rolle i livets kemiske oprindelse

Livet, som vi kender det, opstod for omkring 3,5 til 4 milliarder år siden i form af en præbiotisk ("før livet") suppe af organiske molekyler, der på en eller anden måde begyndte at replikere sig selv og videregive en genetisk formel. Eller sådan går tankerne bag RNA-verdenen, en af ​​de mest robuste hypoteser om livets oprindelse.

Forskere ved UC Santa Barbara har nu fundet beviser for, at aminosyren arginin (eller dens præbiotiske verdensækvivalent) kan have været en vigtigere ingrediens i denne suppe end tidligere antaget.

"Folk har en tendens til at tænke på, at arginin ikke er præbiotisk, " sagde Irene Chen, en biofysiker, hvis forskning fokuserer på livets kemiske oprindelse. "De har en tendens til at tænke på de mere simple aminosyrer som værende plausible, såsom glycin og alanin." Arginin, derimod er relativt mere kompleks, og mentes derfor at være kommet ind i spillet på et senere tidspunkt.

Urjorden, ifølge RNA World teorien, havde betingelserne for at være vært for flere typer biomolekyler, herunder nukleinsyrer (som bliver til genetisk materiale), aminosyrer (som til sidst binder sammen for at danne de proteiner, der er ansvarlige for cellernes struktur og funktion) og lipider (som lagrer energi og beskytter celler). Under hvilke omstændigheder og hvordan disse biomolekyler arbejdede sammen er en kilde til igangværende undersøgelser for forskere af livets oprindelse.

Til deres undersøgelse, UCSB-forskerne analyserede et datasæt af in vitro-udviklede komplekser af proteiner og aptamerer (korte RNA- og DNA-molekyler, der binder til specifikke målproteiner).

"Vi kiggede på grænsefladen, for hvilken egenskaber favoriserede binding, " sagde Celia Blanco, en postdoc forsker i Chen Lab, og hovedforfatter på et papir, der vises i tidsskriftet Aktuel biologi . In vitro evolution var en vigtig faktor ved udvælgelsen af ​​disse evolutionært uafhængige komplekser, hun påpegede, at undgå de forvirrende virkninger som følge af biologisk evolution og nøje at efterligne forholdene i en præbiotisk verden.

"Der er så mange begrænsninger i biologi, " sagde Chen, som også er læge. "Biologisk udviklede protein-DNA- eller protein-RNA-interaktioner skal fungere inde i en celle; det vil ikke ligefrem være tilfældet for livets oprindelse."

Hvad forskerne fandt var, at arginin var en spiller i mange af de kemiske interaktioner mellem proteiner og aptamerer.

"Selvfølgelig, vi forventede, at det var meget vigtigt for elektrostatiske interaktioner, fordi det er positivt ladet, " sagde Chen, "men det var også den dominerende aminosyre for hydrofobe interaktioner, stabling af interaktioner og disse andre forskellige måder at interagere på, som andre aminosyrer er mere kendte for." I mindre grad, lysin (en anden positivt ladet aminosyre) spillede også væsentlige roller i disse interaktioner.

Blandt andre årsager arginin kan være blevet overset, fordi det er en relativt sværere aminosyre at syntetisere.

"Normalt baserer folk konsensus om, hvad der er præbiotisk, og hvad der ikke er på eksperimenter, " sagde Blanco. "Og ved at bruge, hvad folk tror er præbiotiske tilstande, arginin og lysin ser ud til at være svære enten at syntetisere eller opdage." Men bare fordi noget som f.eks. arginin ikke er blevet produceret i laboratorieforsøg, der er udført indtil videre, Blanco fortsatte, betyder ikke, at den ikke var der.

Forskerne er omhyggelige med at påpege, at selvom den aminosyre, vi kalder arginin, viste sig at være vigtig i de aptamer-proteinbindingsinteraktioner, de undersøgte, For milliarder af år siden var biomolekylet måske ikke nødvendigvis dagens arginin, men måske en positivt ladet urækvivalent.

Denne udvikling kaster mere lys over, hvad der kunne have været de ideelle betingelser for livets opståen. Der er en række hypoteser - fra kometer til hydrotermiske åbninger til andre miljøer - som kan have været gunstige for den endelige udvikling af celler, samt adskillige skelsættende eksperimenter, der understøtter RNA World-ideen.

"Hvis vi havde fundet ud af, at glycin var virkelig vigtigt for RNA-protein-interaktioner - og glycin er overalt - så ville det ikke have været nyttigt til at bestemme plausible forhold, " sagde Chen. "Men at finde ud af, at arginin var vigtigt, begrænser den type scenarier, der kunne have givet anledning til den genetiske kode."