导读根据UCL研究人员的一项新研究,在地球生命早期发展的一个重要步骤中,氨基酸半胱氨酸的形成提供了重要的催化剂,从而使最早的蛋白质分子能

根据UCL研究人员的一项新研究,在地球生命早期发展的一个重要步骤中,氨基酸半胱氨酸的形成提供了重要的催化剂,从而使最早的蛋白质分子能够在水中形成。

所有蛋白质均由相同的20个氨基酸构建而成。假定其中之一半胱氨酸在生命起源时就不存在。尽管它对当今的所有生命都具有根本重要性,但尚不清楚半胱氨酸如何在地球早期形成。

在《科学》杂志上发表的一项新研究中,UCL科学家重新创造了半胱氨酸在生命起源时是如何形成的。此外,他们已经观察到半胱氨酸一旦形成,如何在水中催化肽的融合-这是迈向蛋白质酶途径的基本步骤。

UCL研究人员使用非常简单的化学物质和化学物质-氰化氢和硫化氢-创造了半胱氨酸,这些化学物质在地球早期可能很丰富。他们解开的路线非常类似于当今在活生物体中如何合成半胱氨酸,研究人员认为它们在历史上是有联系的。

该研究还发现,半胱氨酸残基通过将短肽片段结合在一起而催化水中的肽合成,该团队之前在 去年《自然》杂志上发表的一项研究中发现了这些短肽片段。

资深作者Matthew Powner教授(UCL化学)说:“我们的研究结果表明,半胱氨酸可能在地球早期形成,并且在蛋白质合成的进化中起着至关重要的作用。

“一旦形成,半胱氨酸催化剂就可以像“原酶”一样在水中生成肽。这种强大的化学作用可能会产生足够长的肽,使其折叠成类似酶的结构,这将成为所有基础蛋白酶的前身生物体。”

共同首席研究员兼研究员Saidul Islam博士(UCL化学)说:“我们已经证明,腈具有在水中形成肽键所需的内在能量。这是制备可与所有氨基酸一起使用的肽的最简单方法。 20种氨基酸,这使它变得更加不可思议。

“正是这样一种简单而又特殊的化学,对数十亿年前开始生命至关重要。我们的研究提供了进一步的证据,证明生命分子起源于地球早期的腈化学。”

共同首席作者卡勒姆·弗登(Callum Foden)博士在获得博士学位的同时完成了这项工作。UCL的一名学生说:“我们发现的肽合成方法简单,高度选择性,并使用了地球早期可获得的分子。

“一个半胱氨酸残基足以产生强大的催化活性。值得注意的是,这样的小分子可以选择性地在水中,中性pH下以如此高的产率进行如此重要的(生物)化学反应。”

Powner教授在讨论他们的研究的进一步含义时说:“我们已经为水中的催化肽合成提供了一种简单的解决方案,从而解决了生命起源方面的一个长期问题。重要的是,这些催化剂仅由生物学的氨基酸制成。半胱氨酸如何控制地球上最早的肽的形成,使得从化学到生命有机体的漫长道路似乎短了一些,而艰巨的过程却少了一些。

“我们的研究表明,半胱氨酸是首先通过修饰丝氨酸(生命中的另一种氨基酸)而引入生命肽中的。现在,这引发了有关肽合成的早期进化和编码的重要问题。人们普遍认为半胱氨酸在生命的第一个中就不存在遗传密码,这很符合我们的观察结果。我们的结果表明,编码的丝氨酸可以提供半胱氨酸肽,甚至在将半胱氨酸分配给生命的遗传密码之前,就导致半胱氨酸在进化中起关键作用。”