Hur uppstod liv på jorden? Rutgers forskare har funnit bland de första och kanske enda hårda bevisen för att enkla proteinkatalysatorer - väsentliga för celler, livets byggstenar, att fungera — kan ha funnits när livet började.

Deras studie av en primordial peptid, eller kort protein, publiceras i Journal of the American Chemical Society .

I slutet av 1980-talet och början av 1990-talet kemisten Günter Wächtershäuser postulerade att livet började på järn- och svavelhaltiga stenar i havet. Wächtershäuser och andra förutspådde att korta peptider skulle ha bundit metaller och fungerat som katalysatorer för livsproducerande kemi, enligt studiens medförfattare Vikas Nanda, en docent vid Rutgers Robert Wood Johnson Medical School.

Människans DNA består av gener som kodar för proteiner som är några hundra till några tusen aminosyror långa. Dessa komplexa proteiner – som behövs för att få allt levande att fungera korrekt – är resultatet av miljarder år av evolution. När livet började, proteiner var sannolikt mycket enklare, kanske bara 10 till 20 aminosyror långa. Med datormodellering, Rutgers-forskare har undersökt hur tidiga peptider kan ha sett ut och deras möjliga kemiska funktioner, enligt Nanda.

Forskarna använde datorer för att modellera en kort, 12-aminosyror protein och testade det i laboratoriet. Denna peptid har flera imponerande och viktiga egenskaper. Den innehåller bara två typer av aminosyror (snarare än de uppskattade 20 aminosyrorna som syntetiserar miljontals olika proteiner som behövs för specifika kroppsfunktioner), den är väldigt kort och den kunde ha dykt upp spontant på den tidiga jorden under de rätta förhållandena. Metallklustret i kärnan av denna peptid liknar strukturen och kemin hos järn-svavelmineraler som fanns i överflöd i tidiga jordhav. Peptiden kan också ladda och ladda ur elektroner upprepade gånger utan att falla isär, enligt Nanda, en bosatt fakultetsmedlem vid Centrum för avancerad teknik och medicin.

"Moderna proteiner som kallas ferredoxiner gör detta, skjuter elektroner runt cellen för att främja ämnesomsättningen, " sa seniorförfattaren professor Paul G. Falkowski, som leder Rutgers' Environmental Biophysics and Molecular Ecology Laboratory. "En primordial peptid som den vi studerade kan ha tjänat en liknande funktion i livets ursprung."

Falkowski är huvudutredare för ett NASA-finansierat ENIGMA-projekt som leds av Rutgers-forskare som syftar till att förstå hur proteinkatalysatorer utvecklades i början av livet. Nanda leder ett team som kommer att karakterisera den fulla potentialen hos den ursprungliga peptiden och fortsätta att utveckla andra molekyler som kan ha spelat nyckelroller i livets ursprung.

Med datorer, Rutgers forskare har krossat och dissekerat nästan 10, 000 proteiner och pekade ut fyra "Livets Legos - kärnkemiska strukturer som kan staplas för att bilda de otaliga proteinerna inuti alla organismer. Den lilla urpeptiden kan vara en föregångare till livets längre Legos, och forskare kan nu köra experiment på hur sådana peptider kan ha fungerat i kemi tidigt i livet.