Hoe is het leven op aarde ontstaan? Rutgers-onderzoekers hebben een van de eerste en misschien enige harde bewijzen gevonden dat eenvoudige eiwitkatalysatoren - essentieel voor cellen, de bouwstenen van het leven, om te functioneren - kan hebben bestaan ​​toen het leven begon.

Hun studie van een oerpeptide, of kort eiwit, wordt gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Eind jaren tachtig en begin jaren negentig de chemicus Günter Wächtershäuser stelde dat het leven begon op ijzer- en zwavelhoudende rotsen in de oceaan. Wächtershäuser en anderen voorspelden dat korte peptiden metalen zouden hebben gebonden en dienden als katalysatoren van levensproducerende chemie, volgens studie co-auteur Vikas Nanda, een universitair hoofddocent aan de Robert Wood Johnson Medical School van Rutgers.

Menselijk DNA bestaat uit genen die coderen voor eiwitten die een paar honderd tot een paar duizend aminozuren lang zijn. Deze complexe eiwitten - die nodig zijn om alle levende wezens goed te laten functioneren - zijn het resultaat van miljarden jaren van evolutie. Toen het leven begon, eiwitten waren waarschijnlijk veel eenvoudiger, misschien slechts 10 tot 20 aminozuren lang. Met computermodellering, Wetenschappers van Rutgers hebben onderzocht hoe vroege peptiden eruit hebben gezien en wat hun mogelijke chemische functies zijn. volgens Nanda.

De wetenschappers gebruikten computers om een ​​korte, eiwit van 12 aminozuren en testte het in het laboratorium. Dit peptide heeft verschillende indrukwekkende en belangrijke eigenschappen. Het bevat slechts twee soorten aminozuren (in plaats van de geschatte 20 aminozuren die miljoenen verschillende eiwitten synthetiseren die nodig zijn voor specifieke lichaamsfuncties), het is erg kort en zou onder de juiste omstandigheden spontaan op de vroege aarde kunnen zijn ontstaan. Het metaalcluster in de kern van dit peptide lijkt op de structuur en chemie van ijzer-zwavelmineralen die overvloedig aanwezig waren in de vroege oceanen van de aarde. Het peptide kan ook herhaaldelijk elektronen opladen en ontladen zonder uit elkaar te vallen, volgens Nanda, een ingezeten faculteitslid bij het Centrum voor Geavanceerde Technologie en Geneeskunde.

"Moderne eiwitten genaamd ferredoxins doen dit, pendelen van elektronen rond de cel om het metabolisme te bevorderen, " zei senior auteur professor Paul G. Falkowski, die leiding geeft aan Rutgers' Environmental Biophysics and Molecular Ecology Laboratory. "Een oerpeptide zoals het peptide dat we hebben bestudeerd, heeft mogelijk een vergelijkbare functie gediend in de oorsprong van het leven."

Falkowski is de hoofdonderzoeker van een door NASA gefinancierd ENIGMA-project onder leiding van Rutgers-wetenschappers dat tot doel heeft te begrijpen hoe eiwitkatalysatoren zich aan het begin van het leven ontwikkelden. Nanda leidt één team dat het volledige potentieel van het oorspronkelijke peptide zal karakteriseren en zal doorgaan met het ontwikkelen van andere moleculen die mogelijk een sleutelrol hebben gespeeld bij het ontstaan ​​van het leven.

Met computers, Wetenschappers van Rutgers hebben bijna 10, 000 eiwitten en identificeerde vier "Lego's van het leven - chemische kernstructuren die kunnen worden gestapeld om de ontelbare eiwitten in alle organismen te vormen. Het kleine oerpeptide kan een voorloper zijn van de langere Lego's van het leven, en wetenschappers kunnen nu experimenten uitvoeren over hoe dergelijke peptiden in de vroege chemie hebben gefunctioneerd.