Oorsprong van lewe: Watter eerste gekom

Die proteïene ingebou in genetiese materiaal 'n sel se die skroewe, vere en ratte van 'n lewende sel, al sy bewegende dele. Maar die eerste proteïene, ons aanvaar, verskyn ook voor selle en dus lewe soos ons dit ken. Moderne proteïene saamgestel is uit 20 verskillende aminosure, almal van hulle wat noodsaaklik is vir proteïen-gebou, en al gereël in die vorm van 'n polimeer, 'n lang, ketting-agtige molekule, waarin die plasing van elke aminosuur is van kardinale belang om die proteïen se funksie. Maar daar is 'n paradoks in denke oor hoe die vroegste proteïene ontstaan. Omdat die aminosure wat nodig is om te maak proteïene is self geproduseer deur ander proteïene, ensieme. Dit is 'n hoender-en-eier soort vraag, en dit is slegs gedeeltelik beantwoord tot nou toe.

Wetenskaplikes glo dat die heel eerste ware proteïene bewaarheid uit korter proteïen segmente genoem peptiede. Die peptiede sal taai gemeentes van die aminosure wat spontaan geskep in die oer chemiese sop gewees het; die kort peptiede sou dan het gebind aan mekaar, met verloop van tyd die vervaardiging van 'n proteïen in staat 'n soort van aksie. Die spontane generasie van aminosure reeds gedemonstreer in 1952, in die beroemde eksperiment deur Miller en Urey, waarin hulle herhaal die voorwaardes gedink het om te bestaan ​​op aarde voor die lewe en bygevoeg energie soos wat kan kom uit weerlig of vulkane. Resultate aminosure kon, onder die regte omstandighede, vorm sonder die hulp van ensieme of enige ander meganisme in 'n lewende organisme voorgestel dat aminosure was die "eier" wat die ensiem voorafgegaan "hoender."

Tawfik, wat in Departement Biomolekulêre Wetenskappe die Instituut, sê dit is alles goed en wel, "maar een belangrike tipe aminosuur is weg uit daardie eksperiment en elke eksperiment wat gevolg het in haar wakker: aminosure soos arginine en lisien wat dra 'n positiewe elektriese lading. " Hierdie aminosure is veral belangrik vir die moderne proteïene, as hulle met DNA en RNA, wat albei dra net negatiewe ladings. RNA is vandag vermoed die oorspronklike molekule wat kan beide dra inligting en afskrifte van self, so kontak met positief-gelaaide aminosure sou teoreties nodig vir verdere stappe in die ontwikkeling van lewende selle plaasvind wees.

Maar daar was een positief-gelaaide aminosuur wat verskyn in die Miller-Urey-eksperimente, 'n aminosuur bekend as ornitien wat vandag gevind as 'n intermediêre stap in arginine produksie, maar is nie, self, wat gebruik word om te bou proteïene. Die navorsingspan het gevra: Wat gebeur as ornitien was die vermiste aminosuur in die voorvaderlike proteïene? Hulle ontwerp 'n oorspronklike eksperiment om hierdie hipotese te toets.

Die wetenskaplikes het begin met 'n relatief eenvoudige proteïen van 'n familie wat bind aan DNA en RNA, die toepassing van filogenetiese metodes om die volgorde van die voorvaderlike proteïen aflei. Hierdie proteïen sou ryk gewees het in positiewe ladings, 14 van die 64 aminosure om óf arginine of lisien. Volgende, geskep hulle sintetiese proteïene waarin ornithinedecarboxylase hierdie vervang as die positiewe lading draer.

Die-ornithinedecarboxylase gebaseer proteïene gebind aan DNA, maar swak. In Metanis 'n laboratorium, maar die navorsers het bevind dat eenvoudige chemiese reaksies kan omskep ornithinedecarboxylase om arginien. En hierdie chemiese reaksies plaasgevind onder die voorwaardes aanvaar het die oorhand gekry op die aarde ten tye van die eerste proteïene sou verskyn. Soos meer en meer van die ornithinedecarboxylase tot bekering gekom om arginine, die proteïene het al hoe meer na moderne proteïene lyk, en om te bind aan DNA in 'n manier wat sterker en meer selektief was.

Die wetenskaplikes het ook ontdek dat in die teenwoordigheid van RNA, dat die ou vorm van die peptied wat betrokke is in fase skeiding (soos olie druppels in water), 'n stap wat dan kan lei tot self-vergadering en "afdelings wat." En dit, sê Tawfik, dui daarop dat so 'n proteïen, saam met RNA, kan proto-selle waaruit ware lewende selle kan ontwikkel vorm.

Prof. Dan Tawfik is die plig van die Nella en Leon Benoziyo Professorale Voorsitter.