Rutgers-forskare har upptäckt ursprunget till proteinstrukturerna som ansvarar för ämnesomsättningen:enkla molekyler som drev tidigt liv på jorden och fungerar som kemiska signaler som NASA kan använda för att söka efter liv på andra planeter.

Deras studie, som förutsäger hur de tidigaste proteinerna såg ut för 3,5 miljarder till 2,5 miljarder år sedan, publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskarna spårade tillbaka, som ett pussel i många tusen bitar, utvecklingen av enzymer (proteiner) från nuet till det djupa förflutna. Lösningen på pusslet krävde två saknade bitar, och livet på jorden skulle inte kunna existera utan dem. Genom att bygga ett nätverk som är kopplat till deras roller i ämnesomsättningen, detta team upptäckte de saknade bitarna.

"Vi vet väldigt lite om hur livet började på vår planet. Detta arbete gjorde det möjligt för oss att skymta djupt i tiden och föreslå de tidigaste metaboliska proteinerna, " sa medförfattaren Vikas Nanda, en professor i biokemi och molekylärbiologi vid Rutgers Robert Wood Johnson Medical School och en bosatt fakultetsmedlem vid Center for Advanced Biotechnology and Medicine. "Våra förutsägelser kommer att testas i laboratoriet för att bättre förstå ursprunget till livet på jorden och för att informera om hur liv kan ha sitt ursprung någon annanstans. Vi bygger modeller av proteiner i labbet och testar om de kan utlösa reaktioner som är avgörande för tidig metabolism."

Ett Rutgers-ledda team av forskare som heter ENIGMA (Evolution of Nanomachines in Geospheres and Microbial Ancestors) bedriver forskningen med ett NASA-bidrag och via medlemskap i NASA Astrobiology Program. ENIGMA-projektet försöker avslöja rollen för de enklaste proteinerna som katalyserade de tidigaste stadierna av livet.

"Vi tror att livet byggdes av väldigt små byggstenar och växte fram som ett Lego-set för att göra celler och mer komplexa organismer som vi, " sa seniorförfattaren Paul G. Falkowski, ENIGMA huvudforskare och en framstående professor vid Rutgers University-New Brunswick som leder Environmental Biophysics and Molecular Ecology Laboratory. "Vi tror att vi har hittat livets byggstenar - Lego-setet som ledde, i sista hand, till cellernas utveckling, djur och växter."

Rutgers-teamet fokuserade på två protein-"veck" som sannolikt är de första strukturerna i tidig metabolism. De är en ferredoxinveck som binder järn-svavelföreningar, och ett "Rossmann"-veck, som binder nukleotider (byggstenarna i DNA och RNA). Det här är två pusselbitar som måste passa in i livets utveckling.

Proteiner är kedjor av aminosyror och en kedjas 3D-bana i rymden kallas en veck. Ferredoxiner är metaller som finns i moderna proteiner och transporterar elektroner runt celler för att främja ämnesomsättningen. Elektroner strömmar genom fasta ämnen, vätskor och gaser och energisystem, och samma elektriska kraft måste finnas i alla andra planetsystem med en chans att stödja liv.

Det finns bevis för att de två vecken kan ha delat en gemensam förfader och, om sant, förfadern kan ha varit livets första metaboliska enzym.