Identifikované „lego tehly“ života

V prvých bunkách už existovali štyri proteínové moduly

Z jednoduchých stavebných blokov proteínov prvých buniek sa vynorila dnešná proteínová diverzita. Vedci identifikovali štyri z týchto základných stavebných blokov. © Vikas Nanda / Rutgers University HG: Pixabay
čítať nahlas

Už pracujú v pravekej polievke: Vedci identifikovali štyri proteínové štruktúry, ktoré sú také staré ako samotný život, a tieto štyri základné stavebné kamene pravdepodobne pomohli prvým bunkám pri ich výrobe energie. Ako vedci vysvetľujú, v priebehu evolúcie sa tieto „legíny“ života spojili do nespočetných proteínových variantov, ktoré stále pôsobia na nás ľudí a na všetky ostatné organizmy.

Bielkoviny sú motormi všetkého života. Tisíce variantov týchto molekúl aminokyselín pracujú v bunkách všetkých organizmov a tvoria základ pre komplexný mechanizmus života. Čo však bolo na začiatku tejto rozmanitosti? Ktoré proteíny alebo proteínové stavebné bloky tvorili základ prvých buniek pred viac ako tromi miliardami rokov?

Vyhľadajte pôvodné proteíny

„Bohužiaľ existuje fosília, ktorá nám ukazuje, ako vyzerali proteíny na začiatku života, “ hovorí Vikas Nanda z Rutgers University. „Preto musíme začať tak, ako dnes, a pracovať tak, aby sme sa vrátili späť.“ Podľa všeobecnej viery aspoň niektoré pôvodné proteíny museli patriť k takzvaným oxidoreduktázam - proteínom s prechodnými kovmi ako kofaktormi, ktoré katalyzujú prenos elektrónov a tým aj na výrobu energie v tele. Ur bunky boli rozhodujúce.

Na rozštiepenie pôvodných proteínov použili vedci počítačový program, ktorý analyzoval trojrozmernú štruktúru necelých 10 000 proteínov a zdieľal - a preto pravdepodobne veľmi originálne - časti molekuly. „Je to prvýkrát, čo sme rozdelili molekuly tisícok aminokyselín na časti, ktoré by mohli byť pravekého pôvodu, “ hovorí Nanda.

Malý proteín Cytochrome C, ktorý je dôležitý pre fotosyntézu, už mohol existovať v prvých bunkách. © public domain

Štyri moduly - veľa kombinácií

A hľadanie bolo úspešné: vedci objavili štyri proteínové stavebné bloky, ktoré sa opakovane objavovali v rôznych proteínoch a hrajú kľúčovú úlohu pri prenose energie. Sú to bakteriálny ferredoxín, enzýmy cytochróm C a symerytrín, ako aj variant proteínu plastocyanínu obsahujúceho meď - enzým dôležitý pre fotosyntézu rias. zobraziť

„Tieto štyri štrukturálne moduly nie sú v podstate ničím iným ako zvyškami pôvodných„ stavebných blokov života “, “ vysvetľuje Nanda a jeho kolegovia. „Tieto molekulárne nanomachíny boli v priebehu evolúcie vždy odovzdávané iba s malými zmenami.“ Podobne ako tehly Lego, aj tieto proteíny boli zostavené v rôznych kombináciách, ktoré tvoria základ neustále rastúcej rodiny základných životných stavebných blokov.

Mohlo by ich byť viac

Ako však vedci zdôrazňujú, títo štyria Legovia života pravdepodobne nie sú jediní, ktorí boli aktívni v prvých bunkách. Majú podozrenie, že pomocou ďalšieho skúmania môžu nájsť päť až desať ďalších pôvodných proteínov. Ďalšou výzvou teda je zistiť, ako sa tieto pôvodné proteíny vyvíjali v priebehu evolúcie, aby sme rekonštruovali ich rodokmeň.

Nové zistenia by však mohli mať veľmi praktické využitie: „Porozumenie týmto modulom a ich prepojeniu v rámci existujúcich proteínov by nám mohlo pomôcť vyvinúť úplne nové katalyzátory, “ vysvetľuje. Kolega Nrt Nanda Paul Falkowski. „Uľahčilo by im to rozdelenie vody, viazanie dusíka a robenie ďalších vecí, ktoré by boli užitočné pre našu spoločnosť.“ (Zborník Národnej akadémie vied, 2018; 10, 1073 / pnas.1714225115)

(Univerzita Rutgers, 24.01.2018 - NPO)