Ученые определили белок, возможно, существовавший при зарождении жизни

Работа ученых из Рутгерского университета, посвященная первичному пептиду, или короткому белку, опубликована в журнале The Journal of the American Chemical Society.

В конце 1980-х — начале 1990-х химик Гюнтер Вехтерсхойзер предполагал, что жизнь зародилась на основе железо- и серосодержащих камней в океане. Он и другие ученые предсказывали, что короткие пептиды связывали металлы и служили катализаторами химической эволюции. Об этом упоминает и соавтор нового исследования Викас Нанда, доцент Медицинской школы Роберта Вуда Джонсона при Рутгерском университете.

Человеческая ДНК состоит из генов, кодирующих для белков от нескольких сотен до нескольких тысяч аминокислот в длину. Эти сложные белки, необходимые для правильного функционирования всех живых существ, — результат миллиардов лет эволюции. Когда зародилась жизнь, белки, вероятно, были намного проще, длиной всего от 10 до 20 аминокислот. При помощи компьютерного моделирования ученые из Рутгерского университета исследовали, как могли выглядеть ранние пептиды и каковы были их химические функции.

Биологи создали компьютерную модель короткого белка длиной всего в 12 аминокислот и протестировали ее в лаборатории. У этого пептида выявились некоторые удивительные и важные свойства. Он содержит всего два типа аминокислот, он очень короткий и при правильных условиях  мог спонтанно образоваться на ранней Земле. Металлический кластер в ядре этого пептида структурно и химически похож на железосерные минералы, которыми изобиловали ранние земные океаны. Пептид также способен повторно заряжать и разряжать электроны, не распадаясь при этом.

«Сегодня это делают белки, известные как ферредоксины, двигая электроны вокруг клетки для  метаболизма, — говорит ведущий автор профессор Пол Г. Фальковски. — Первичный пептид, подобный тому, который мы изучили, мог осуществлять такую функцию при зарождении жизни».

Фальковски — главный исследователь проекта ENIGMA, финансируемого NASA, которым руководят ученые из Рутгерского университета. Проект нацелен на изучение того, как протеиновые катализаторы развивались на начальных этапах жизни на Земле. Нанда руководит командой, которая будет описывать полный потенциал первичного пептида и продолжит разрабатывать другие молекулы, которые могли играть ключевую роль в зарождении жизни.

Используя компьютеры, ученые Рутгерского университета разобрали около 10 тысяч белков и определили четыре «лего жизни» — центральные химические структуры, с помощью которых можно сформировать бесчисленные белки внутри любых организмов. Маленький первичный пептид может быть предшественником «лего жизни», и теперь ученые могут проводить эксперименты, чтобы понять, как работали эти короткие белки на заре жизни.