科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生命構(gòu)成要素的起源：最初的蛋白質(zhì)長啥樣

寇建超

地球上的生命來自哪里？這是全人類都在一直探索的共同問題。早在2018年，美國羅格斯大學(xué)的研究人員就發(fā)現(xiàn)，對細胞、生命的基本組成和功能至關(guān)重要的蛋白酶，很早就已經(jīng)存在，甚至設(shè)計合成了一種蛋白質(zhì)模型。但生命起源最初的蛋白質(zhì)究竟什么樣？依然不清楚。

具備這種折疊結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，可能是新陳代謝演化中最早的蛋白質(zhì)之一

人類的DNA由編碼長幾百到幾千個氨基酸的蛋白質(zhì)的基因組成，這些復(fù)雜的蛋白質(zhì)是數(shù)十億年演化的結(jié)果。研究認為，生命剛剛開始時的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可能要簡單得多，也許只有10個—20個氨基酸長。生命起源最初的蛋白質(zhì)究竟是什么樣的？這一次，美國羅格斯大學(xué)的科研人員發(fā)現(xiàn)了它。3月16日，據(jù)新聞網(wǎng)站Phys.org報道，羅格斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了負責新陳代謝的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的起源：一種簡單分子，它為地球早期生命提供能量，并可以作為美國國家航空航天局（NASA）用來尋找其他星球上的生命的化學(xué)信號。他們的研究預(yù)測了35億年—25億年前最初蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，這一成果已經(jīng)發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

就像完成一個有千百塊碎片的拼圖一樣，科學(xué)家追溯了酶（蛋白質(zhì)）從現(xiàn)在到遙遠過去的演變。要完成這個拼圖需要找到兩個缺失的碎片，如果沒有它們，地球上的生命就不可能存在。通過構(gòu)建一個由它們在新陳代謝中的作用連接起來的網(wǎng)絡(luò)，這個團隊發(fā)現(xiàn)了缺失的碎片。羅格斯大學(xué)羅伯特伍德約翰遜醫(yī)學(xué)院（Robert Wood Johnson Medical School）生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授維卡斯，南達表示，“我們對地球生命的起源知之甚少，這項工作讓我們能在更大時間跨度內(nèi)尋找并提出最早的代謝蛋白。”

此外，維卡斯·南達還談到：“我們將在實驗室進行測試，以更好地了解地球上生命的起源，并告知生命可能如何起源于其他地方。我們正在實驗室中建立蛋白質(zhì)模型，并測試它們是否能引發(fā)對早期代謝至關(guān)重要的反應(yīng)。”據(jù)了解，由羅格斯大學(xué)牽頭的一個名為ENIGMA的科學(xué)家小組正在NASA的資助下，以NASA天體生物學(xué)計劃成員的身份進行這項研究。ENIGMA項目試圖揭示催化生命早期階段的最簡單蛋白質(zhì)的作用。“我們認為，就像樂高積木一樣，生命由非常小的‘積木來制造簡單細胞和像我們這樣更復(fù)雜的生命體?！盓NIGMA首席研究員、羅格斯大學(xué)新布倫瑞克分校著名教授Paul G. Falkowski說：“我們認為我們已經(jīng)找到了這個生命的積木——導(dǎo)致細胞、動物和植物進化的樂高積木?！?/p>

這個羅格斯大學(xué)研究小組重點研究了兩個蛋白質(zhì)“折疊”，它們很可能是早期新陳代謝中的第一個結(jié)構(gòu)。它們是鐵氧化還原蛋白折疊（ferredoxin fold）和羅斯曼折疊（Rossmannfold），前者結(jié)合鐵—硫化合物，后者常見于核苷酸結(jié)合蛋白質(zhì)，特別是輔因子NAD結(jié)合蛋白。這是生命進化中必不可少的兩塊“積木”。蛋白質(zhì)折疊是蛋白質(zhì)獲得其功能性結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的過程。通過這一物理過程，蛋白質(zhì)從無規(guī)則卷曲折疊成特定的功能性三維結(jié)構(gòu)。Ferredoxin是在現(xiàn)代蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的金屬，通過使得機體內(nèi)的電子來回穿梭來促進新陳代謝，電子流經(jīng)固體、液體和氣體，并為生命系統(tǒng)提供動力。同樣的電動力必須存在于任何其他有可能支持生命的行星系統(tǒng)中。有證據(jù)表明，這兩個蛋白質(zhì)折疊可能有一個共同的祖先，如果是真的，它可能是生命的第一個代謝酶。（摘自美《深科技》）（編輯/諾伊克）