Ученые нашли белковые структуры, которые могут быть ответственны за происхождение жизни

Вопрос о том, как на нашей планете впервые зародилась жизнь, еще не получил полного ответа, но наука постоянно приближается к нему, и в новом исследовании определены структуры белков, благодаря которым это могло произойти.

Для начала команда исследователей решила исходить из того, что жизнь, как мы ее знаем, зависит от сбора и использования энергии. В первобытном супе древней Земли эта энергия, скорее всего, поступала с неба в виде излучения Солнца или из глубин самой Земли в виде тепла, просачивающегося через гидротермальные источники на дне древних морей.

На молекулярном уровне использование энергии означает перенос электронов - фундаментальный химический процесс, в ходе которого электрон переходит от одного атома или молекулы к другому. Перенос электронов лежит в основе реакций окисления-восстановления (также известных как окислительно-восстановительные реакции), которые являются жизненно важными для некоторых основных функций жизни.

Поскольку металлы - лучшие элементы для переноса электронов, а сложные молекулы, называемые белками, являются движущей силой большинства биологических процессов, исследователи решили объединить эти два понятия и найти белки, связывающие металлы.

Методичный, вычислительный подход был использован для сравнения металл-связывающих белков, выявив определенные общие черты, которые совпадали у всех из них - независимо от функциональности белка, металла, с которым он связывается, или организма.

"Мы увидели, что металлосвязывающие ядра существующих белков действительно похожи, даже если сами белки не похожи", - говорит микробиолог Яна Бромберг из Университета Ратгерса-Нью-Брансуика в Нью-Джерси.

Мы также увидели, что эти металлосвязывающие ядра часто состоят из повторяющихся подструктур, похожих на блоки "Лего". Любопытно, что эти блоки были обнаружены и в других областях белков, а не только в металлосвязывающих ядрах, и во многих других белках, которые не рассматривались в нашем исследовании".

Эти общие черты вполне могли присутствовать и работать в самых ранних белках, предполагают исследователи, изменяясь со временем, чтобы стать белками, которые мы видим сегодня - но сохраняя определенные общие структуры.

Предполагается, что растворимые металлы в архейском океане, покрывавшем Землю тысячи миллионов лет назад, могли использоваться для передачи энергии и, в свою очередь, для биологической жизни.

"Наше наблюдение позволяет предположить, что перестройки этих маленьких строительных блоков могли иметь одного или небольшое количество общих предков и привести к появлению всего спектра белков и их функций, которые существуют в настоящее время", - говорит Бромберг. "То есть, к жизни, какой мы ее знаем".

В частности, команда смогла определить эволюцию белковых складок - форм, которые принимают белки, когда они становятся биологически активными - которые могли привести к появлению известных нам сегодня белков, почти как проект молекулярного семейного древа.

В исследовании также делается вывод о том, что биологически функциональные пептиды, более мелкие версии белков, могли существовать еще до появления самых ранних белков, которые возникли 3,8 миллиарда лет назад. Все это расширяет наше понимание того, как зародилась жизнь.

Как всегда, любой анализ зарождения жизни на Земле может быть важен для поиска жизни на других планетах, где жизнь может начать развиваться (или уже развилась) по аналогичным биологическим путям.

"У нас очень мало информации о том, как возникла жизнь на нашей планете, и наша работа дает ранее недоступное объяснение", - говорит Бромберг. "Это объяснение также потенциально может способствовать нашим поискам жизни на других планетах и планетарных телах".

"Наш вывод о специфических структурных строительных блоках также может иметь значение для синтетической биологии, где ученые стремятся заново создавать специфически активные белки".

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.