science >> Wetenschap >  >> Chemie

Ontdekking van een oermetabolisch systeem dat ons een glimp geeft van de oorsprong van het leven op aarde

Fig. 1:De relatie tussen de TCA-cyclus en pyruvaat, acetyl COA, oxaalacetaat, oxoglutaraat, en succinyl-CoA wordt getoond. Krediet:Hokkaido University

Multi-omics-onderzoek naar Thermosulfidibacter (geïsoleerd uit een hydrothermisch veld in de zuidelijke Okinawa-trog) heeft de ontdekking mogelijk gemaakt van mogelijk de meest oorspronkelijke vorm van tricarbonzuur (TCA) -cyclus.

De TCA-cyclus is een belangrijk metabolisch mechanisme dat essentieel is voor de meeste organismen. Het dateert uit het verschijnen van de laatste gemeenschappelijke voorouder op aarde en wordt beschouwd als "een van de vroegste lijnen van het metabolisme" sinds het begin van de chemische evolutie (Fig. 1). Hoewel de TCA-cyclus in verschillende vormen kan bestaan, er zijn verschillende argumenten over de oorspronkelijke samenstelling ervan in de tijd dat het leven op aarde begon.

De onderzoeksgroep heeft ontdekt dat de thermofiele bacterie Thermosulfidibacter takaii (Fig. 2, hierna "Thermosulfidibacter" genoemd) die zich op een basale positie van de bacterie bevindt, heeft een nieuwe TCA-cyclus, misschien wel de meest primitieve vorm tot nu toe bekend. Multi-omics-analyses, waaronder een nieuwe methode in metabolomics, hebben onthuld dat Thermosulfidibacter een omkeerbare TCA-cyclus heeft, die de reactierichting flexibel kan veranderen, afhankelijk van beschikbare koolstofbronnen, ongeacht of u zich onder autotrofe of mixotrofe omstandigheden bevindt (Fig. 3). Tot op heden, er is geen ander organisme gevonden dat zowel koolstoffixatie (autotrofie) als decarboxylatie (heterotrofie) functies vertoont in de TCA-cyclus, dezelfde set enzymen gebruiken. Onder de TCA-cycli, die waargenomen in Thermosulfidibacter is "exotisch" vanwege het vermogen om gemakkelijk de richting van de reactie om te keren als reactie op dynamisch fluctuerende omgevingscondities, en men denkt dat het kenmerken vertoont van de meest basale vorm van de TCA-cyclus.

Fig. 2:Een Thermosulfidibacter takaii-cel. Krediet:Hokkaido University

Hoewel de eeuwige vraag, of de oorspronkelijke levensvormen autotroof of heterotroof waren, moet nog worden beantwoord (Fig. 4), de kenmerken van de oorspronkelijke TCA-cyclus die in deze studie zijn onthuld, suggereren sterk de mogelijkheid van de geboorte van mixotroof leven dat het metabolisme flexibel zou kunnen variëren volgens de overvloed aan beschikbare organische en anorganische koolstoffen op de oorspronkelijke aarde.

De resultaten zijn gepubliceerd in Wetenschap op 2 februari, 2018.

  • Fig. 3. Schematische weergave van de werking van de (r)TCA-cyclus van T. takaii onder de chemolith-autotrofe en chemolithomixotrofe groeiomstandigheden op basis van de isotopologische analyse van van eiwit afgeleide aminozuren met behulp van 13C-gelabelde substraten. Cellen werden chemolithoautotroof gekweekt (A). Cellen die chemolithomixotrofisch zijn gegroeid met succinaat (B), acetaat (C), en succinaat en acetaat (D) in aanwezigheid van gistextract. Cirkels geven koolstofatomen in de verbinding aan (het positienummer wordt van links naar rechts gelezen). ATP-onafhankelijke citraatsplitsing werd waargenomen in cellen die chemolithoautotroof en chemolithomixotrofisch waren gekweekt met succinaat. Rode stippellijnen geven routes aan die zijn bevestigd door transcriptoom- en proteoomanalyses, maar niet bevestigd door de isotopomeeranalyse. Blauwe stippellijnen geven paden aan die zijn bevestigd door de transcriptoom- en proteoomanalyses, maar kunnen theoretisch niet worden geïdentificeerd door de isotopomeerpatronen. Krediet:Hokkaido University

  • Fig. 5:Verschillende vormen van de bekende TCA-cyclus en de omkeerbare TCA-cyclus (gedetecteerd in Thermosulfidibacter) zijn afgebeeld. Krediet:Hokkaido University




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat als Homeostase mislukt?
  2. Definitie van menselijke biologie
  3. Hoe een 3D-model van het ademhalingssysteem te maken
  4. De chemische samenstelling van voedingsstoffen Agar
  5. Hoe werkt het spierstelsel met de bloedsomloop?
  6. Meiosis 1: Stadia & belang in celdeling
  7. Betere mensen maken - Het huwelijk tussen mens en machine
  8. Hoe de cellen van planten, dieren en eencellige organismen te vergelijken
  9. Lijst met celorganellen en hun functies

Wetenschap