Livet som vi känner det uppstod för ungefär 3,5 till 4 miljarder år sedan i form av en prebiotisk ("före livet") soppa av organiska molekyler som på något sätt började replikera sig själva och förmedla en genetisk formel. Eller så är tanken bakom RNA-världen, en av de mest robusta hypoteserna om livets ursprung.

Forskare vid UC Santa Barbara har nu hittat bevis för att aminosyran arginin (eller dess prebiotiska världsmotsvarighet) kan ha varit en viktigare ingrediens i denna soppa än man tidigare trott.

"Människor tenderar att tänka på att arginin inte är prebiotiskt, sa Irene Chen, en biofysiker vars forskning fokuserar på livets kemiska ursprung. "De tenderar att tänka på de enklare aminosyrorna som rimliga, såsom glycin och alanin." Arginin, däremot är relativt mer komplex, och ansågs därför ha kommit in i spelet i ett senare skede.

Urjorden, enligt RNA World-teorin, hade förutsättningar att vara värd för flera typer av biomolekyler, inklusive nukleinsyror (som blir genetiskt material), aminosyror (som så småningom länkar samman för att bilda de proteiner som är ansvariga för cellers struktur och funktion) och lipider (som lagrar energi och skyddar celler). Under vilka omständigheter och hur dessa biomolekyler fungerade tillsammans är en källa till pågående undersökningar för forskare om livets ursprung.

För deras utredning, UCSB-forskarna analyserade en datauppsättning av in vitro-utvecklade komplex av proteiner och aptamerer (korta RNA- och DNA-molekyler som binder till specifika målproteiner).

"Vi tittade på gränssnittet för vilket egenskaper gynnade bindning, sa Celia Blanco, en postdoktor vid Chen Lab, och huvudförfattare till en artikel som visas i tidskriften Aktuell biologi . In vitro-evolution var en viktig faktor när man valde dessa evolutionärt oberoende komplex, hon påpekade, för att undvika de förvirrande effekterna av biologisk evolution och att nära efterlikna förhållandena i en prebiotisk värld.

"Det finns så många begränsningar inom biologi, sa Chen, som också är läkare. "Biologiskt utvecklade protein-DNA- eller protein-RNA-interaktioner måste fungera inuti en cell; det kommer inte exakt att vara fallet för livets ursprung."

Vad forskarna fann var att arginin var en spelare i många av de kemiska interaktionerna mellan proteiner och aptamerer.

"Självklart, vi förväntade oss att det skulle vara mycket viktigt för elektrostatiska interaktioner eftersom det är positivt laddat, Chen sa, "men det var också den dominerande aminosyran för hydrofoba interaktioner, stapling av interaktioner och dessa andra olika sätt att interagera som andra aminosyror är mer kända för." I mindre grad, lysin (en annan positivt laddad aminosyra) spelade också betydande roller i dessa interaktioner.

Bland andra skäl, arginin kan ha förbisetts eftersom det är en relativt svårare aminosyra att syntetisera.

"Vanligtvis baserar människor konsensus om vad som är prebiotiskt och vad som inte är på experiment, ", sa Blanco. "Och genom att använda vad folk tror är prebiotiska tillstånd, arginin och lysin verkar vara svåra att antingen syntetisera eller upptäcka." Men bara för att något som arginin inte har producerats i de laboratorieexperiment som hittills genomförts, Blanco fortsatte, betyder inte att den inte fanns där.

Forskarna är noga med att påpeka att även om aminosyran vi kallar arginin visade sig vara viktig i de aptamer-proteinbindande interaktionerna de undersökte, För miljarder år sedan var biomolekylen inte nödvändigtvis dagens arginin utan kanske en positivt laddad urekvivalent.

Denna utveckling kastar mer ljus över vad som kan ha varit de ideala förutsättningarna för livets uppkomst. Det finns en mängd olika hypoteser - från kometer till hydrotermiska ventiler till andra miljöer - som kan ha varit gynnsamma för den eventuella utvecklingen av celler, samt flera landmärkeexperiment som stärker RNA World-idén.

"Om vi ​​hade funnit att glycin verkligen var viktigt för RNA-proteininteraktioner - och glycin finns överallt - så skulle det inte ha varit till hjälp för att bestämma rimliga förhållanden, ", sa Chen. "Men att finna att arginin var viktigt begränsar den typ av scenarier som kunde ha gett upphov till den genetiska koden."