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科学家获得关于地球生命起源的深刻发现:金属结合蛋白的进化

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2022-01-15 10:16

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研究人员探索了金属结合蛋白在数十亿年中的演变。针对生物学中最深刻的未解之谜之一,一个由罗格斯大学领导的团队发现了蛋白质的结构,这些蛋白质可能是古代地球“原始汤”中生命的起源。该研究发表在《科学进展》杂志上。

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研究人员探讨了原始生命可能是如何从简单的、非生命的材料中在我们的星球上起源的。他们问道,什么属性定义了我们所知的生命,并得出结论,任何有生命的东西都需要从太阳或热液喷口等来源收集和使用能量。

在分子方面,这将意味着“洗刷”电子的能力是生命的首要条件。由于电子转移的最佳元素是金属,而大多数生物活动是由蛋白质进行的,研究人员决定探索这两者的结合--即结合金属的蛋白质。

他们比较了所有现有的结合金属的蛋白质结构,以确定任何共同的特征,其前提是这些共同的特征存在于祖先的蛋白质中,并被多样化和传承下来,创造了我们今天看到的一系列蛋白质。

蛋白质结构的进化需要了解新的褶皱是如何从先前存在的褶皱中产生的,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在某种程度上是相似的,无论它们结合的金属类型、来自何种生物体或赋予整个蛋白质的功能。

“我们看到现有蛋白质的金属结合核心确实是相似的,即使蛋白质本身可能不是,”该研究的主要作者、罗格斯大学-新不伦瑞克分校生物化学和微生物学系的教授Yana Bromberg说:“我们还看到,这些金属结合核心往往是由重复的子结构组成的,有点像乐高积木。奇怪的是,在蛋白质的其他区域也发现了这些‘积木’,不仅仅是金属结合核心,而且在我们的研究中没有考虑的许多其他蛋白质中也有。我们的观察表明,这些‘小积木’的重新排列可能有一个或少量的共同祖先,并产生了目前可用的全部蛋白质及其功能--也就是说,产生了我们所知的生命。”

Bromberg说:“我们对这个星球上的生命是如何产生的信息非常少,而我们的工作提供了一个以前没有的解释。”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寻找其他行星和行星体上的生命。我们对特定结构构件的发现也可能与合成生物学的努力有关,在合成生物学中,科学家旨在重新构建特定的活性蛋白质。”

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