Forskere identificerer protein, der kan have eksisteret, da livet begyndte

Hvordan opstod liv på Jorden? Rutgers-forskere har fundet blandt de første og måske eneste hårde beviser for, at simple proteinkatalysatorer - essentielle for celler, livets byggesten, at fungere - kan have eksisteret, da livet begyndte.

Deres undersøgelse af et primordialt peptid, eller kort protein, er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

I slutningen af ​​1980'erne og begyndelsen af ​​1990'erne, kemikeren Günter Wächtershäuser postulerede, at livet begyndte på jern- og svovlholdige klipper i havet. Wächtershäuser og andre forudsagde, at korte peptider ville have bundet metaller og fungeret som katalysatorer for livsproducerende kemi, ifølge studiets medforfatter Vikas Nanda, en lektor ved Rutgers' Robert Wood Johnson Medical School.

Menneskets DNA består af gener, der koder for proteiner, der er et par hundrede til et par tusinde aminosyrer lange. Disse komplekse proteiner – der er nødvendige for at få alle levende ting til at fungere ordentligt – er resultatet af milliarder af års evolution. Da livet begyndte, proteiner var sandsynligvis meget enklere, måske kun 10 til 20 aminosyrer lange. Med computermodellering, Rutgers forskere har undersøgt, hvordan tidlige peptider kan have set ud og deres mulige kemiske funktioner, ifølge Nanda.

Forskerne brugte computere til at modellere en kort, 12-aminosyreprotein og testede det i laboratoriet. Dette peptid har flere imponerende og vigtige egenskaber. Den indeholder kun to typer aminosyrer (frem for de anslåede 20 aminosyrer, der syntetiserer millioner af forskellige proteiner, der er nødvendige for bestemte kropsfunktioner), den er meget kort, og den kunne være dukket op spontant på den tidlige Jord under de rette forhold. Metalklyngen i kernen af ​​dette peptid ligner strukturen og kemien af ​​jern-svovlmineraler, der var rigelige i de tidlige jordhave. Peptidet kan også oplade og aflade elektroner gentagne gange uden at falde fra hinanden, ifølge Nanda, et fast fakultetsmedlem ved Center for Avanceret Teknologi og Medicin.

"Moderne proteiner kaldet ferredoxiner gør dette, shuttle elektroner rundt i cellen for at fremme stofskiftet, " sagde seniorforfatter professor Paul G. Falkowski, der leder Rutgers' Environmental Biophysics and Molecular Ecology Laboratory. "Et oprindeligt peptid som det, vi studerede, kan have tjent en lignende funktion i livets oprindelse."

Falkowski er hovedforsker for et NASA-finansieret ENIGMA-projekt ledet af forskere fra Rutgers, der har til formål at forstå, hvordan proteinkatalysatorer udviklede sig i starten af ​​livet. Nanda leder et hold, der vil karakterisere det fulde potentiale af det primordiale peptid og fortsætte med at udvikle andre molekyler, der kan have spillet nøgleroller i livets oprindelse.

Med computere, Rutgers forskere har smadret og dissekeret næsten 10, 000 proteiner og udpegede fire "Legos of life - kemiske kernestrukturer, der kan stables for at danne de utallige proteiner inde i alle organismer. Det lille primordiale peptid kan være en forløber for livets længere Legos, og videnskabsmænd kan nu køre eksperimenter med, hvordan sådanne peptider kan have fungeret i tidlig kemi.