地球生命起源的重大发现——金属结合蛋白的进化
研究人员探索了数十亿年来金属结合蛋白的演变。
解决生物学中最深刻的未解决问题之一，罗格斯大学领导的团队发现了可能导致古代地球原始汤中生命起源的蛋白质结构。
该研究发表在《 科学进展》杂志上。
研究人员探索了原始生命如何从简单的非生命材料起源于我们的星球。他们询问了我们所知道的生命的定义，并得出结论，任何有生命的东西都需要收集和使用来自太阳或热液喷口等来源的能量。
用分子术语来说，这意味着洗牌电子的能力对生命至关重要。由于电子转移的最佳元素是金属（想想标准电线），并且大多数生物活动都是由蛋白质进行的，因此研究人员决定探索两者的结合——即结合金属的蛋白质。
解决生物学中最深刻的未解决问题之一，罗格斯大学领导的团队发现了可能导致古代地球原始汤中生命起源的蛋白质结构。
他们比较了所有现有的与金属结合的蛋白质结构，以建立任何共同特征，前提是这些共同特征存在于祖先蛋白质中，并且经过多样化和传承，创造了我们今天看到的蛋白质范围。
蛋白质结构的进化需要了解新折叠是如何从先前存在的折叠中产生的，因此研究人员设计了一种计算方法，发现目前存在的绝大多数金属结合蛋白都有些相似，无论它们结合的金属类型如何，它们所结合的有机体来自或分配给整个蛋白质的功能。
“我们发现现有蛋白质的金属结合核心确实相似，尽管蛋白质本身可能不相似，”该研究的主要作者、新不伦瑞克罗格斯大学生物化学和微生物学系教授 Yana Bromberg 说。“我们还看到这些金属结合核心通常由重复的子结构组成，有点像乐高积木。奇怪的是，这些块也存在于蛋白质的其他区域，而不仅仅是金属结合核心，以及我们研究中没有考虑的许多其他蛋白质。我们的观察表明，这些小组成部分的重排可能有一个或少数共同祖先，并产生了目前可用的全部蛋白质及其功能——也就是说，我们所知道的生命。”
“我们对生命如何在这个星球上产生的信息知之甚少，而我们的工作提供了以前无法获得的解释，”布罗姆伯格说，他的研究重点是破译生命分子机制的DNA蓝图。“这种解释也可能有助于我们在其他行星和行星体上寻找生命。我们对特定结构构件的发现也可能与合成生物学工作有关，科学家们的目标是重新构建具有特定活性的蛋白质。”
参考文献：
Yana Bromberg、Ariel A. Aptekmann、Yannick Mahlich、Linda Cook、Stefan Senn、Maximilian Miller、Vikas Nanda、Diego U. Ferreiro 和 Paul G. Falkowski，2022 年 1 月 14 日，《科学进展》 。
DOI：10.1126/sciadv.abj3984
这项由美国国家航空航天局资助的研究还包括来自布宜诺斯艾利斯大学的研究人员。