Възстановяване на най-старата вода от океан, разкри спонтанно появяване на химични реакции, използвано от модерните клетки за синтезиране на много от жизненоважните органични молекули на метаболизма. Дали и как първите ензими приели метало-катализираните реакции, описани от учените, остава да бъде доказано.
Снимка: Molecular Systems Biology / Creative Commons Attribution Non Commercial License (CC BY-NC 3.0)
Изследователи от Кембриджкият университет публикуваха детайли за това, как първите организми на земята може би са станели метаболитно активни. Резултатите, публикувани в Molecular, позволяват на учените да разсъждават как примитивните клетки са сe научили да синтезират собствените си органични компоненти – молекулите, които образуват РНК, липиди и аминокиселини. Откритията също така предлагат ред на поредицата от събития, които са довели до произхода на живота.
Възстановяване в лаборатория на най-старата вода от океан на земята, разкри спонтанно появяване на химични реакции, използвано от модерните клетки за синтезиране на много от жизненоважните органични молекули на метаболизма. Преди това се предполагаше, че тези реакции се извършват в модерните клетки от метаболитни ензими, много сложни молекулярни механизми, които започнали съществуването си по време на еволюцията на модерните организми.
Преди почти 4 милиарда години, животът на земята започнал в океани, богати на желязо, които преобладавали на повърхността на земята. Отворен въпрос за учените е как и кога клетъчният метаболизъм – мрежа от химически реакции, нужни за създаването на нуклеинови киселини, амино киселини и липиди, градивните частици на живота, се е появил за първи път.
Наблюдаваните химични реакции протичали в отсъствието на ензими, но били възможни, благодарение на химичните молекули, намерени в Архаичното море. Намирането на серия от реакции, които наподобяват на “ядрото на клетъчния метаболизъм”, предполага че метаболизмът предхожда началото на живота. Това предполага, поне първоначално, че метаболизмът може да не е бил оформен от еволюцията, а от молекули като РНК, формирани чрез химичните условия, които преобладавали в най-ранните океани.
“Нашите резултати показват, че условията и молекулите, намерени в старите океани на земята подпомогнали и ускорили интерконверсията на метаболитите, които в модерния организъм изграждат гликолизните и пенто-фосфатните пътища, две от най-важните и най-централно поставените реакционни каскади на метаболизма”, каза доктор Маркъс Ралзер, ръководител в Департамента по Биохимия в Кембриджкия университет и Националния Институт за Медицински Изследвания. “В нашата възстановена версия на Архаичния океан, тези метаболични реакци са особено чувствителни към присъствието на дивалентно оксидирано желязо, което подпомогнало катализата на много от химичните реакции, които наблюдавахме”. От анализа на ранните океански седименти, геолози като Александра В. Търчин от Департамента за Земни науки в Университета Кеймбридж, един от съавторите на изследването, заключи че разтворими форми на желязото са били една от най-често срещаните молекули в пребиотичните океани.
Учените реконструирали условията на това пребиотични море, базирайки се на композицията на различни ранни седименти, описани в научната литература. Различните метаболити били инкубирани при високи температури (50-90°C), подобни на тези, каквито се очакват да бъдат, близо до хидротермалните отвори на океански вулкан, температура, която не може да поддържа активността на стандартните протеинови ензими. Химичните продукти били разделени и анализирани чрез течна хроматография и масова спектрометрия.
Някои от наблюдаваните реакции може да се осъществяват и във вода, но са ускорени от присъствието на метали, които служат като катализатори. “В присъствието на желязо и други съединения, които се намират в океанските седименти, 29 химични реакции, подобни на метаболитните, бяха наблюдавани, включително тези, които произвеждат някои от най-важните химикали за метаболизма, например предшествениците на градивните частици на протеините или РНК”, каза Ралзер. “Тези резултати сочат, че основната архитектура на модерната метаболична мрежа може да произлиза от химикалите и физическите ограничения, които съществували на пребиотичната земя.
Засичането на един от метаболитите, рибозо 5-фосфат, в смесицата от реакции е особено забележително. Неговата наличност значи, че прекурсорите на РНК могат на теория да изградят РНК молекули, които кодират информация, катализират химични реакции и я репликират. Дали и как първите ензими приели метало-катализираните реакции, описани от учените, остава да бъде установено.
Източник:
Европейска организация за молекулярна биология
http://www.sciencedaily.com/
