Wissenschaftler haben möglicherweise die Form der allerersten Proteine ​​entdeckt, aus denen Leben entstand

Die Form der frühesten Bausteine ​​des Lebens, die bis vor 3,5 Milliarden Jahren zurückdatieren, könnte dank eines neuen Versuchs, sich die molekulare Anordnung der allerersten Proteine ​​des Planeten vorzustellen, identifiziert worden sein.

Mithilfe von Computermodellen simulierten Wissenschaftler die Konfiguration alter Moleküle, die es auf der Erde nicht mehr gibt, und zeichneten die Umrisse dessen auf, was ihrer Meinung nach ein gemeinsamer Vorfahre moderner Enzymfamilien sein könnte, die durch die Katalyse von Elektronentransferreaktionen das Gedeihen des Lebens ermöglichen.

„Das Leben auf der Erde ist elektrisch“, sagen Forscher der Rutgers University erklären auf der ENIGMA-Website, einem Labor, das sich der Untersuchung der Entwicklung von Nanomaschinen in Geosphären und mikrobiellen Vorfahren widmet.

„Der elektronische Schaltkreis wird durch eine kleine Untergruppe von Proteinen katalysiert, die als hochentwickelte Nanomaschinen fungieren.“

(Vikas Nanda/Rutgers University)

Über: Eine Falte (Form), die möglicherweise eines der frühesten Proteine ​​in der Evolution des Stoffwechsels war.

Aber wie sahen diese Urproteine ​​buchstäblich vor Millionen von Jahrtausenden aus? Es handelt sich um eine riesige Unbekannte, die den Rahmen für die Existenz des ENIGMA-Labors bildet, das teilweise von der NASA über das Astrobiologieprogramm der Weltraumbehörde finanziert wird.

Verständlicherweise ist diese Frage nicht leicht zu beantworten, wenn man bedenkt, dass die fraglichen Enzyme aus dem Archaikum stammen – also vor etwa 4 bis 2,5 Milliarden Jahren – und mittlerweile längst ausgestorben sind. Dennoch musste das Leben irgendwoher kommen.

„Wir glauben, dass das Leben aus sehr kleinen Bausteinen aufgebaut wurde und wie ein Lego-Baukasten entstand, um Zellen und komplexere Organismen wie uns zu erschaffen.“ sagt Umweltbiophysiker und ENIGMA-Hauptforscher Paul G. Falkowski von der Rutgers University-New Brunswick.

„Wir glauben, wir haben die Bausteine ​​des Lebens gefunden – das Lego-Set, das letztendlich zur Evolution von Zellen, Tieren und Pflanzen führte.“

In der Studie analysierten und verglichen die Forscher bestehende 3D-Proteinstrukturen, um zu sehen, ob sie einen gemeinsamen Vorfahren bestimmen könnten, der am besten in die ferne evolutionäre Vergangenheit des Proteins passen könnte.

Konkret wollten die Forscher Ähnlichkeiten zwischen Proteinfaltungen – den Formen, die Aminosäureketten in drei Dimensionen annehmen – quantifizieren, um ein einfaches topologisches Modell dafür zu finden, wie alte Proteinmoleküle vor langer Zeit ausgesehen haben könnten, bevor sie immer komplexer und vielfältiger wurden Milliarden von Jahren.

„Wir haben herausgefunden, dass zwei wiederkehrende Falten für die Entstehung des Stoffwechsels von zentraler Bedeutung sind“, so die Forscher erklären in ihrem Artikel .

„Diese beiden Falten hatten wahrscheinlich einen gemeinsamen Vorfahren, der sich durch Vervielfältigung, Rekrutierung und Diversifizierung entwickelte, um den Elektronentransfer und die Katalyse in einem sehr frühen Stadium der Entstehung des Stoffwechsels zu ermöglichen.“

Die beiden Falten, die sie fanden, waren Ferredoxin-Falten , die Eisen-Schwefel-Verbindungen binden, und Rossmann -ähnliche Falten, die Proteinstrukturen ähneln, die Nukleotide binden.

Es hört sich vielleicht nicht nach viel an, aber diese Grundstrukturen – die selbst möglicherweise einen einzigen Vorfahren hatten – könnten die Strukturvorlage für die alten Proteine ​​gewesen sein, die (metabolisch gesehen) alles andere auf der Erde möglich machten.

„Wir gehen davon aus, dass es sich bei den ersten Proteinen um kleine, einfache Peptide (Proteine ​​mit sehr kurzen Ketten) handelte, die der Umgebung Energie in Form von elektronenspendenden Molekülen im Ozean/in der Atmosphäre/in den Gesteinen entzogen und sie an andere Moleküle weitergaben, die Elektronen aufnehmen.“ sagte einer aus dem Team, der Molekularbiologe Vikas Nanda Kosmos .

„Bei dieser Elektronentransferreaktion wird Energie freigesetzt, und das ist die Energie, die alles Leben antreibt.“

Natürlich erkennt das Team an, dass ihr Modellierungsansatz, der auf dem Vergleich von Proteintopologien basiert, nur hypothetische Abstammungslinien nachweisen kann.

Mit anderen Worten: Ihrer Meinung nach sahen die ersten Proteine ​​nur so aus. Angesichts der Grenzen dieser Art von Forschung können wir es nicht genau wissen.

„Im Bereich der tiefgreifenden evolutionären Schlussfolgerung“ Sie sagen „Wir beschränken uns zwangsläufig darauf, abzuleiten, was hätte passieren können, und nicht zu beweisen, was tatsächlich passiert ist.“

Das heißt aber nicht, dass andere Experimente bei der Erforschung des Stammbaums des Lebens nicht noch weiter gehen könnten. Das Team weist darauf hin, dass sie es wie andere Forscher tatsächlich versuchen Funktionsversionen neu erstellen dieser Proteintypen im Labor.

Wenn sie erfolgreich sind, werden wir der Verständigung einen Schritt näher kommen wie aus der Geochemie die Biochemie entstand , sagen die Forscher – etwas, das uns helfen könnte, die Bausteine ​​des Lebens weit über die Erde hinaus zu identifizieren.

„Letztendlich besteht unser Ziel darin, künftige NASA-Missionen über die Entdeckung von Leben auf Planetenkörpern in bewohnbaren Zonen zu informieren.“ Auf der Website von ENIGMA wird erklärt .

„Unsere Bemühungen bieten ein einzigartiges Fenster zu potenziellen chemischen Eigenschaften im Planetenmaßstab, die sich aus der abiotischen Chemie ergeben könnten und die verstanden werden müssen, wenn wir einzigartige Biosignaturen auf anderen Welten erkennen wollen.“

Über die Ergebnisse wird berichtet PNAS . (Der Link war zum Zeitpunkt des Schreibens noch nicht online.)