Chemicy wytwarzają syntetyczne białko, które przenika chemiczną przeszłość Ziemi

Naukowcy opracowali syntetyczne białko, które może dostarczyć nowych informacji na temat ewolucji chemicznej na wczesnej Ziemi.

Wszystkie komórki potrzebują energii do przetrwania, ale ponieważ rodzaje substancji chemicznych dostępnych we wczesnych dniach istnienia planety były tak ograniczone w porównaniu z szerokim zakresem dzisiejszej różnorodności chemicznej, organizmy wielokomórkowe mają znacznie mniej energii do budowy złożonych struktur organicznych, które składają się na świat, w którym żyjemy. wiem dzisiaj.

Nowe badania opublikowane w czasopiśmie Materiały Narodowej Akademii Naukdostarcza dowodów na to, że wiele organizmów przenoszonych przez pierwotną zupę ziemną w dużej mierze opiera się na cząstkach metali, w szczególności niklu, które pomagają magazynować i zużywać energię.

Obecne teorie na temat powstawania życia mikrobiologicznego wskazują, że chociaż komórki wykorzystywały dwutlenek węgla i wodór jako źródło paliwa, zamieszkiwały również obszary bogate w metale redukujące, takie jak żelazo i nikiel. Te pierwsze reakcje chemiczne były w dużej mierze napędzane przez enzym zwany syntazą acetylokoenzymu A lub ACS, cząsteczkę niezbędną do produkcji energii i tworzenia nowych wiązań chemicznych.

Ale od lat naukowcy w tej dziedzinie są podzieleni co do tego, jak faktycznie działa ten enzym – czy katalizowane przez niego reakcje chemiczne mogą być pogrupowane losowo, czy też struktury chemiczne podążają za ścisłą mapą drogową. Hanna Szafaatwspółautor opracowania i profesor Chemia i Biochemia na Uniwersytecie Stanowym OhioSyntetyczny model enzymu opracowany przez jej zespół ujawnia wiele informacji o tym, jak zachowywał się jego pierwotny przodek podczas pierwszych miliardów życia na Ziemi.

W porównaniu z tym, co naukowcy odkryli w naturze, ten model białka jest znacznie łatwiejszy do badania i manipulowania. Z tego powodu zespół był w stanie wywnioskować, że ACS w rzeczywistości powinien budować molekuły krok po kroku. Ta informacja jest niezbędna, aby zrozumieć, w jaki sposób chemia organiczna na Ziemi zaczęła dojrzewać.

„Zamiast brać enzym i usuwać go, staramy się go budować od podstaw” – powiedział Shafaat. „A wiedza, że ​​musisz robić rzeczy we właściwej kolejności, może w zasadzie być wskazówką, jak je odtworzyć w laboratorium”.

Podczas gdy naukowcy mają nadzieję zrozumieć, co mogło powstać jako pierwsze z pierwotnej zupy, Shafaat powiedział, że badanie wykazało, że nawet proste enzymy, takie jak ich model, mogły wspierać wczesne życie. Shafaat, który pracuje nad projektem od prawie pięciu lat, powiedział, że chociaż badanie napotkało pewne wyzwania, wnioski wyciągnięte przez zespół były tego warte na dłuższą metę.

Oprócz tego, że są ważne dla zrozumienia prymitywnej chemii, ich odkrycia mają szerokie implikacje dla innych dziedzin, w tym sektora energetycznego. „Jeśli zrozumiemy, w jaki sposób natura odkryła, jak korzystać z tych związków miliardy i miliardy lat temu, możemy wykorzystać niektóre z tych samych pomysłów do naszych własnych alternatywnych urządzeń energetycznych” – powiedziała.

Obecnie jest to jedno z największych wyzwań stojących przed sektorem energetycznym płynne paliwo. Shafaat powiedział, że to badanie może być pierwszym krokiem w znalezieniu naturalnego źródła energii, które może zastąpić benzynę i ropę, których nadużywają ludzie. Teraz jej zespół pracuje nad uproszczeniem swojego produktu, ale nadal będą badać, czy istnieją inne prymitywne sekrety, które ich enzym może ujawnić.

Współautorami byli Anastasia C. Manises i Alina Erbulikova z Ohio State oraz Jason Shearer z Trinity University. Praca ta była wspierana przez Departament Energii USA.