Origem da vida: O que veio primeiro

As proteínas codificadas no material genético de uma célula são os parafusos, molas e engrenagens de uma célula viva, todas as suas partes móveis. Mas as primeiras proteínas, assumimos, apareceu bem antes de células e, assim, a vida como a conhecemos. proteínas modernos são feitos de 20 aminoácidos diferentes, todos eles essencial para a construção da proteína, e todas dispostas na forma de um polímero, uma longa, cadeia molécula tipo, em que a colocação de cada um dos aminoácidos é crucial para as de proteínas função. Mas há um paradoxo no pensamento sobre como as proteínas primeiros surgiram. Uma vez que os aminoácidos necessários para proteínas fazem são eles próprios produzidos por outras proteínas, enzimas. É uma espécie de galinha e do ovo da pergunta, e ele só foi parcialmente respondida até agora.

Os cientistas acreditam que as primeiras proteínas verdadeiros materializada a partir de segmentos proteicos curtos chamados péptidos. Os péptidos teria sido pegajoso conjuntos dos aminoácidos que foram criadas espontaneamente na sopa química primeva; os peptídeos curtos teria, em seguida, ligados um ao outro, ao longo do tempo a produção de uma proteína capaz de algum tipo de ação. A geração espontânea de aminoácidos já havia sido demonstrado em 1952, no famoso experimento de Miller e Urey, em que replicadas as condições pensado para existir na Terra antes da vida e energia adicionado como o que poderia vir de um raio ou vulcões. Mostrando amino ácidos pode, sob certas condições, forma, sem a ajuda de enzimas ou qualquer outro mecanismo em um organismo vivo sugerem que os aminoácidos foram o "ovo", que precedeu a enzima "de frango."

Tawfik, que está no Departamento de Ciências Biomolecular do Instituto, diz que está tudo muito bem ", mas um tipo vital de amino ácido foi faltando essa experiência e cada experiência que se seguiu na sua esteira: aminoácidos como a arginina e lisina que carregam uma carga elétrica positiva." Estes aminoácidos são particularmente importantes para as proteínas modernas, como eles interagem com o ADN e ARN, ambos os quais carregam cargas negativas líquidas. O RNA é hoje Presume-se que a molécula original que poderia tanto informação transportar e fazer cópias de si próprio, de modo que contacto com carregados positivamente amino ácidos, teoricamente, seria necessário para outros passos no desenvolvimento de células para ocorrer vivo.

Mas houve um carregado positivamente de aminoácidos que apareceu nas experiências de Miller-Urey, um amino ácido chamado ornitina que é hoje encontrado como um passo intermediário na produção de arginina, mas não é, em si, usadas para construir as proteínas. A equipe de pesquisa perguntou: E se ornitina foi a falta de aminoácido nas proteínas ancestrais? Eles projetaram uma experiência original para testar esta hipótese.

Os cientistas começou com uma proteína relativamente simples a partir de uma família que se liga a ADN e ARN, aplicando métodos filogenéticas para inferir a sequência da proteína ancestral. Esta proteína teria sido ricos em cargas positivas, 14 dos 64 aminoácidos sendo quer arginina ou lisina. Em seguida, criaram proteínas sintéticas em que ornitina substituída estes como o portador de carga positiva.

As proteínas de origem ornitina ligado ao DNA, mas fracamente. Em laboratório Metanis', no entanto, os pesquisadores descobriram que as reações químicas simples poderia converter ornitina para arginina. E estas reacções químicas ocorreu sob estas condições assumido ter prevalecido na Terra no tempo as primeiras proteínas que têm aparecido. À medida que mais e mais da ornitina foi convertido para arginina, as proteínas veio mais e mais para assemelhar-se a proteínas modernas, e para se ligar a ADN de uma forma que era mais forte e mais selectiva.

Os cientistas também descoberto que na presença do ARN, que a forma antiga do péptido acoplado em separação de fase (como gotas de óleo em água), um passo que pode, em seguida, conduzir a auto-montagem e "departmentalization." E isso, diz Tawfik, sugere que tais proteínas, juntamente com RNA, poderia formar proto-células, a partir do qual as células vivas verdadeiros pode ter evoluído.

Prof. Dan Tawfik é o operador do Nella e Leon Benoziyo Professorial presidente.