Rutgers forskare identifierade en liten uppsättning enkla proteinbyggstenar (till vänster) som sannolikt existerade i de tidigaste stadierna av livets historia. Under miljarder år, dessa "livets legos" sattes ihop och återanvändes genom evolutionen till komplexa proteiner (höger) som är kärnan i modern metabolism. Kredit:Vikas Nanda/Rutgers Robert Wood Johnson Medical School
Rutgers forskare har hittat "livets legos" - fyra kemiska kärnstrukturer som kan staplas ihop för att bygga de otaliga proteinerna inuti varje organism - efter att ha krossat och dissekerat nästan 10, 000 proteiner för att förstå deras beståndsdelar.
De fyra byggstenarna gör energi tillgänglig för människor och alla andra levande organismer, enligt en studie publicerad online idag i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Studiens resultat kan leda till tillämpningar av dessa stapelbara, organiska byggstenar för biomedicinsk ingenjörskonst och terapeutiska proteiner och utveckling av säkrare, effektivare industri- och energikatalysatorer - proteiner och enzymer som, som outtröttliga robotar, kan upprepade gånger utföra kemiska reaktioner och överföra energi för att utföra uppgifter.
"Att förstå dessa delar och hur de är anslutna till varandra inom de befintliga proteinerna kan hjälpa oss att förstå hur man designar nya katalysatorer som potentiellt kan dela vatten, fixa kväve eller göra andra saker som verkligen är viktiga för samhället, sade Paul G. Falkowski, studie medförfattare och en framstående professor som leder Environmental Biophysics and Molecular Ecology Laboratory vid Rutgers University-New Brunswick.
Forskarnas forskning gjordes på datorer, använda data om 3D-atomstrukturerna i 9, 500 proteiner i RCSB Protein Data Bank baserad på Rutgers, en rik källa till information om hur proteiner fungerar och utvecklas.
"Vi har inga fossila uppgifter om hur proteiner såg ut för 4 miljarder år sedan, så vi måste ta det vi har idag och börja gå baklänges, försöker föreställa sig hur dessa proteiner såg ut, sa Vikas Nanda, senior författare till studien och en docent vid institutionen för biokemi och molekylärbiologi vid Rutgers Robert Wood Johnson Medical School, inom Rutgers Biomedical and Health Sciences. "Studien är första gången vi har kunnat ta något med tusentals aminosyror och bryta ner det i rimliga bitar som kunde ha haft ursprungligt ursprung."
Identifieringen av fyra grundläggande byggstenar för alla proteiner är bara en början. Nanda sa att framtida forskning kan upptäcka fem eller tio fler byggstenar som fungerar som biologiska legos.
"Nu måste vi förstå hur man sätter ihop dessa delar för att göra mer intressanta funktionella molekyler, " sa han. "Det är nästa stora utmaning."
