Исследователи продемонстрировали сеть химических реакций в лаборатории, которые имитируют важный цикл Кребса, присутствующий в современных живых организмах. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology and Evolution, они говорят, что это может объяснить важный шаг в развитии жизни на Земле.Жизнь возникла четыре миллиарда лет назад на суровой вулканической Земле, на которой не было кислорода, но зато на ней были большие океаны, богатые ионами металлов. Большой интерес вызывает то, как в этих условиях развивались первые формы жизни и как биохимические процессы, необходимые для поддержания жизни, могли образоваться из ничего.
Обмен веществ универсален для жизни. Это набор процессов, посредством которых мы получаем энергию из пищи и производим необходимые нам биомолекулы в клетках нашего тела. Биохимические пути, лежащие в основе этих процессов, очень похожи у всех организмов и видов.
Один из основных метаболических путей, которым изучает каждый студент-биолог, изучающий биологию, — это цикл Кребса. Но как впервые возник этот важный набор химических реакций, каждая стадия которых катализируется ферментом?
Каждого шага в цикле недостаточно. Жизнь нуждается в последовательности этих реакций, и она была бы необходима до появления биологических ферментов: аминокислоты, молекулярные компоненты ферментов, производятся из продуктов цикла Кребса.Исследовательская группа из Института Фрэнсиса Крика и Кембриджского университета заявляет, что их демонстрация предлагает ответ.
Они показали, что метаболизм без ферментов повторяет цикл Кребса. Он вызывается частицами, называемыми сульфатными радикалами, в условиях, подобных тем, что были на Земле четыре миллиарда лет назад.Старший автор доктор Маркус Ралсер из Института Фрэнсиса Крика и Кембриджского университета объясняет: «Этот неферментативный предшественник цикла Кребса, который мы продемонстрировали спонтанно, является биологически разумным и эффективным. Он мог помочь зажечь жизнь четыре миллиарда лет назад. "Ученые использовали простые углеродные соединения, которые участвуют в различных точках цикла Кребса (такие соединения недавно были обнаружены в метеорите ученые НАСА), и смешали их с железом и серосодержащими химическими веществами, которые можно было бы найти в отложениях в ранних океанах. .Они провели систематическую стратегию скрининга около 4850 различных экспериментов с использованием методов масс-спектрометрии и искали реакции, аналогичные тем, которые наблюдаются в цикле Кребса.
В подавляющем большинстве случаев смеси не реагировали. Однако в присутствии соединения пероксидисульфата исследователи обнаружили 24 химические реакции.
Они напоминали образец реакций, наблюдаемых в цикле Кребса у живых организмов.«Мы взяли компоненты, представляющие отложения, присутствовавшие на Земле миллиарды лет назад». — говорит доктор Ралсер: «Поскольку соли, которые должны были присутствовать в отложениях, не вызывали многих реакций, мы в основном концентрировались на ионах металлов и сульфатах. Также известно, что они играют важную роль в цикле Кребса современной клетки.
«Мы провели огромный экран, включающий тысячи измерений, а затем систематически проработали их. В конце мы обнаружили условие, которое могло привести к возникновению цикла Кребса. Он основан на сульфатных радикалах, о которых раньше никто не думал».Альтернативная гипотеза происхождения жизни предполагает, что РНК — молекула, похожая на ДНК, которая может поддерживать генетическую информацию, но является более преходящей и более реактивной — может объяснить первые шаги к жизни.
Это известно как гипотеза мира РНК.Доктор Ралсер говорит: «Ведутся огромные научные споры о том, были ли первые шаги к жизни обусловлены метаболизмом или генетикой».Он утверждает, что присутствие молекул РНК не может легко объяснить происхождение метаболизма, поскольку РНК состоит из продуктов метаболизма.
И что результаты его группы подтверждают теорию о том, что химия окружающей среды позволила начать метаболизм.«Люди пытались работать над неферментативным циклом Кребса в течение многих лет, но большинство из них думали об этом теоретически или философски.
Немногие проводили систематические физические эксперименты, подобные тем, о которых мы рассказываем здесь. Неферментативный катализатор цикла Кребса существует, и мы нашли его », — заключает доктор Ралсер.