Studie findet Proteinstrukturen, die für die Entstehung des Lebens verantwortlich sein könnten

Proteine ​​steuern die meisten biologischen Prozesse. (Christoph Burgstedt/Science Photo Library)

Die Frage, wie das Leben auf unserem Planeten entstanden ist, ist noch nicht vollständig beantwortet, aber die Wissenschaft kommt dieser Frage immer näher – und eine neue Studie identifiziert die Strukturen der Proteine, die möglicherweise dazu geführt haben, dass es entstanden ist.

Das Team hinter der Studie ging zunächst davon aus, dass das Leben, wie wir es kennen, vom Sammeln und Nutzen von Energie abhängt. In der Ursuppe der alten Erde wäre diese Energie höchstwahrscheinlich vom Himmel in Form der Strahlung der Sonne oder aus dem Inneren der Erde selbst gekommen, als Wärme, die durch hydrothermale Quellen am Grund der alten Meere sickerte.

Auf molekularer Ebene bedeutet dieser Energieeinsatz die Übertragung von Elektronen , der grundlegende chemische Prozess, bei dem sich ein Elektron von einem Atom oder Molekül zu einem anderen bewegt. Der Elektronentransfer steht im Mittelpunkt Oxidations-Reduktions-Reaktionen (auch Redoxreaktionen genannt), die für einige Grundfunktionen des Lebens von entscheidender Bedeutung sind.



Da Metalle die besten Elemente für den Elektronentransfer sind und die komplexen Moleküle, sogenannte Proteine, die meisten biologischen Prozesse antreiben, beschlossen die Forscher, beides zu kombinieren und nach Proteinen zu suchen, die Metalle binden.

Mithilfe eines methodischen, rechnerischen Ansatzes wurden metallfindende Proteine ​​verglichen und bestimmte gemeinsame Merkmale aufgedeckt, die bei allen übereinstimmten – unabhängig von der Proteinfunktionalität, dem Metall, an das es bindet, oder dem beteiligten Organismus.

„Wir haben gesehen, dass die metallbindenden Kerne bestehender Proteine ​​tatsächlich ähnlich sind, auch wenn die Proteine ​​selbst möglicherweise nicht ähnlich sind“, sagt die Mikrobiologin Yana Bromberg , von der Rutgers University-New Brunswick in New Jersey.

„Wir haben auch gesehen, dass diese metallbindenden Kerne oft aus wiederholten Unterstrukturen bestehen, ähnlich wie Legoblöcke.“ „Merkwürdigerweise wurden diese Blöcke auch in anderen Regionen der Proteine ​​gefunden, nicht nur in metallbindenden Kernen, und in vielen anderen Proteinen, die in unserer Studie nicht berücksichtigt wurden.“

Die Forscher vermuten, dass diese gemeinsamen Merkmale durchaus in den frühesten Proteinen vorhanden waren und funktionierten und sich im Laufe der Zeit zu den Proteinen veränderten, die wir heute sehen – wobei bestimmte gemeinsame Strukturen erhalten blieben.

Das Denken ist dass lösliche Metalle im Archäischen Ozean, der vor Tausenden von Millionen Jahren die Erde bedeckte, dazu verwendet werden könnten, die Elektronenbewegung anzutreiben, die für die Energieübertragung und damit für biologisches Leben erforderlich ist.

„Unsere Beobachtung legt nahe, dass Umlagerungen dieser kleinen Bausteine ​​möglicherweise einen einzigen oder eine kleine Anzahl gemeinsamer Vorfahren hatten und die gesamte Palette der Proteine ​​und ihrer Funktionen hervorgebracht haben, die derzeit verfügbar sind.“ sagt Bromberg . „Das heißt, auf das Leben, wie wir es kennen.“

Insbesondere konnte das Team Entwicklungen in Proteinfalten identifizieren – den Formen, die Proteine ​​annehmen, wenn sie biologisch aktiv werden –, die möglicherweise die Proteine ​​hervorgebracht haben, die wir heute kennen, fast wie ein molekulares Stammbaumprojekt.

Die Studie kommt auch zu dem Schluss, dass biologisch funktionelle Peptide, die kleineren Versionen von Proteinen, möglicherweise älter waren als die frühesten Proteine, die bis zu 3,8 Milliarden Jahre zurückreichen. Dies alles trägt zu unserem Verständnis von bei wie das Leben begann .

Wie immer kann jede Analyse der Anfänge des Lebens auf der Erde auch bei der Suche nach Leben auf anderen Planeten wichtig sein, wo sich das Leben möglicherweise auf ähnlichen biologischen Wegen zu entwickeln beginnt (oder sich bereits entwickelt hat).

„Wir haben nur sehr wenige Informationen darüber, wie das Leben auf diesem Planeten entstanden ist, und unsere Arbeit liefert eine bisher nicht verfügbare Erklärung.“ sagt Bromberg . „Diese Erklärung könnte möglicherweise auch zu unserer Suche nach Leben auf anderen Planeten und Planetenkörpern beitragen.“

„Unsere Entdeckung der spezifischen Strukturbausteine ​​ist möglicherweise auch für Bemühungen in der synthetischen Biologie relevant, bei der Wissenschaftler darauf abzielen, spezifisch aktive Proteine ​​neu zu konstruieren.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .

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