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第一个细胞可能已经出现 因为蛋白质构建块稳定了膜

  1. 科学
  2. 2019-08-13 11:18:26
地球上的生命大约在40亿年前出现,当时第一个细胞形成于复杂的富含碳的化合物的原始汤中。 这些细胞面临着化学难题。他们需要汤中的特定离子才能执行基本功能。但那些带电离子会破坏封装细胞的简单膜。 华盛顿大学的一组研究人员只使用早期地球上存在的分子来解决这个难题。使用通过由脂肪酸的膜包围细胞大小,流体填充的室酸分子,该小组发现,氨基酸,蛋白质的构建块,可以稳定对镁离子的膜。他们的研究结果为第一批细胞编码RNA中的遗传信息奠定了基础,RNA是一种与DNA相关的分子,需要镁才能生产,同时保持膜的稳定性。 该研究结果于8月12日发表在“ 美国国家科学院院刊”上,不仅解释了氨基酸如何在不利环境中稳定膜。他们还展示了细胞结构的各个构建块 - 膜,蛋白质和RNA - 如何在古代地球的水环境中共同定位。 “细胞由非常不同类型的结构组成,具有完全不同类型的构建块,并且从未清楚为什么它们会以功能性的方式聚集在一起,”联合通讯作者Roy Black说,他是化学的化学附属教授和生物工程。“假设只是 - 不知何故 - 他们确实走到了一起。” 使用透射电子低温显微镜拍摄的膜(圆圈)的图像。上图:氯化镁溶液中的膜,一种破坏膜的盐,没有氨基酸。底部:氯化镁和丝氨酸溶液中的膜,氨基酸,触发膜形成多层同心膜。比例尺:100纳米。图片来源:Alex Mileant / Caitlin Cornell /华盛顿大学 布莱恩在安进的职业生涯之后来到威斯康星大学,有机会填补“某种程度上”背后的关键,缺失的细节。他与华盛顿大学化学教授,膜专家萨拉凯勒合作。黑色受到脂肪酸分子可以自组装形成膜的观察的启发,并假设这些膜可以作为组装RNA和蛋白质构建块的有利表面。 “你可以想象不同类型的分子在原始汤中移动,因为模糊的网球和坚硬的壁球在一个正被震动的大盒子里蹦蹦跳跳,”凯勒说,他也是该报的共同作者。“如果你用魔术贴在盒子里面划出一个表面,那么只有网球会粘在那个表面上,它们最终会靠近在一起.Roy认为局部的分子浓度可以通过类似的机制得到增强。” 该团队先前表明,RNA的构建块优先附着在脂肪酸膜上,令人惊讶的是,它还可以稳定脆弱的膜,抵抗盐的不利影响,盐是地球过去和现在的常见化合物。 该团队假设氨基酸也可能稳定膜。他们使用各种实验技术 - 包括光学显微镜,电子显微镜和光谱学 - 来测试10种不同的氨基酸如何与膜相互作用。他们的实验表明某些氨基酸与膜结合并稳定它们。一些氨基酸甚至引发了膜的大的结构变化,例如形成膜的同心球 - 很像洋葱层。 “氨基酸不仅可以保护囊泡免受镁离子的破坏,而且还可以产生多层囊泡状嵌套膜,”主要作者凯特琳康奈尔说,他是化学系的华盛顿大学博士生。 研究人员还发现氨基酸通过浓度变化来稳定膜。一些科学家假设第一个细胞可能是在浅盆地中形成的,这些盆地经过高浓度和低浓度的氨基酸循环,随着水的蒸发和新水的冲刷。 氨基酸保护膜的新发现- 以及先前的结果表明RNA构建模块可以发挥类似的作用 - 表明膜可能是这些前体分子共同定位的位点,提供了解释带来什么的潜在机制一起生活的成分。 Keller,Black和他们的团队将把他们的注意力转移到共同本地化的构建模块如何做出更显着的事情:他们彼此联系起来形成功能性机器。 “这是下一步,”布莱克说。 他们正在进行的努力也在与威斯康星大学的学科建立联系。 凯勒说:“华盛顿大学是一个非常好的发现地点,因为科学界积极合作,共同分享不同部门和领域的设备和思想。” “我们与Drobny Lab和Lee Lab的合作至关重要。没有一个实验室可以做到这一切。”
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