srdce

Foto: Goddardovo středisko pro vesmírné lety NASA/Francis Reddy/NASA/ESA/Tiskový zdroj

Metabolismus je „bušícím srdcem buňky“. Studie Technologického institutu v Tokiu ukazuje, že k přeměně jednoduchých geochemických sloučenin na složité molekuly života je zapotřebí pouhá hrstka „zapomenutých“ biochemických reakcí.

Země byla v rané fázi bohatá na jednoduché sloučeniny. Jako je sirovodík, čpavek a oxid uhličitý. Molekuly, které obvykle nebyly spojeny s udržením života. Před miliardami let se časný život spoléhal na tyto jednoduché molekuly jako na zdroj suroviny. Jak se život vyvíjel, biochemické procesy postupně přeměňovaly tyto prekurzory na sloučeniny, které se zde nacházejí dodnes. Tyto procesy představují nejranější metabolické dráhy.

Aby mohli vědci modelovat historii biochemie, potřebovali výzkumníci ELSI inventář pro všechny známé biochemické reakce. Aby pochopili, jaké druhy chemických reakcí, je schopný život provádět. Obrátili se na databázi Kjótské encyklopedie genů a genomů, která katalogizovala více než 12 000 biochemických reakcí. S reakcemi v ruce začali modelovat postupný vývoj metabolismu.

Předchozí pokusy modelovat evoluci metabolismu tímto způsobem soustavně selhávaly při výrobě nejrozšířenějších komplexních molekul používaných současným životem. Důvod však nebyl zcela jasný. Stejně jako dříve, když výzkumníci spustili svůj model, zjistili, že lze vyrobit pouze několik sloučenin. Jedním ze způsobů, jak obejít tento problém: obnovit zastavený proces. Poskytnout systému ručně doplněné moderní sloučeniny. Výzkumníci zvolili jiný přístup: Chtěli zjistit, kolik reakcí chybí. A jejich lov je zavedl zpět k jedné z nejdůležitějších molekul celé biochemie: adenosintrifosfátu (ATP).

---

• Foto: ESO
  Co je to za duhovou bublinu uprostřed vesmíru?
• Foto: Ilustrační_SkieTheAce/Pixabay
  Fermilab přepisuje fyziku magnetické anomálie v „prázdném“ prostoru
• Foto: Ilustrační_Terranaut/Pixabay
  Temná hmota se možná vyskytuje ve dvou skupenstvích a proto není všude

---

ATP je buněčný energetický nukleotid, který může být použitý k řízení reakcí, jako je tvorba bílkovin. ATP je zcela zásadní pro funkci všech známých buněk, které by se jinak ve vodě nevyskytovaly. Má však jedinečnou vlastnost: pokud není ATP již přítomen, neexistuje žádný jiný způsob, jak vyrobit současný život. Cyklická závislost na ATP byla důvodem, proč se model zastavil.

Buněčný energetický nukleotid

Jak by se dalo toto „úzké místo ATP“ vyřešit? Jak se ukázalo, reaktivní část ATP je pozoruhodně podobná anorganické sloučenině polyfosfátu. Umožněním reakcí generujících ATP používat polyfosfát místo ATP, úpravou celkem pouhých osmi reakcí. To by stačilo k dosážení téměř celého současného metabolismu jádra. Vědci pak mohli odhadnout relativní stáří všech běžných metabolitů a klást důrazné otázky o historii metabolických drah.

Jednou z takových otázek je, zda byly biologické dráhy vytvořené lineárním způsobem, ve kterém se postupně přidává jedna reakce za druhou. Nebo zda se reakce drah vynořily jako mozaika, ve které se spojují reakce nesmírně odlišného věku. tvořit něco nového. Vědci to dokázali kvantifikovat a zjistili, že oba typy drah jsou téměř stejně běžné v celém metabolismu.

Ale vraťme se k otázce, která inspirovala studii. Kolik biochemie se ztratí v čase? „Možná to nikdy nebudeme vědět přesně, ale náš výzkum přinesl důležitý důkaz: pouze osm nových reakcí, které všechny připomínají běžné biochemické reakce, je potřeba k přemostění geochemie a biochemie, říká Smith.“ „To nedokazuje, že prostor chybějící biochemie je malý, ale ukazuje to, že i reakce, které zanikly, mohou být znovu objevené ze stop, které po sobě zanechala moderní biochemie,“ uzavírá Smith.

Odkaz:

Joshua E. Goldford ^1,2,3,*,# , Harrison B. Smith ^3,4,# , Liam M. Longo ^3,4,# , Boswell A. Wing ⁵ a Shawn Erin McGlynn ^{3,4,6, *}, Primitivní purinová biosyntéza spojuje starověkou geochemii s moderním metabolismem, Nature Ecology & Evolution, DOI: 10.1038/s41559-024-02361-4

1. Divize geologických a planetárních věd, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA
2. Physics of Living Systems, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA
3. Blue Marble Space Institute of Science, Seattle, WA, USA
4. Institut vědy o životě Země, Tokyo Institute of Technology, Tokio, Japonsko
5. Katedra geologických věd, University of Colorado, Boulder, CO, USA
6. Výzkumný tým biofunkčních katalyzátorů, RIKEN Center for Sustainable Resource Science, Wako, Japonsko

Technologický institut v Tokiu, stojí v popředí výzkumu a vysokoškolského vzdělávání, jako přední univerzita pro vědu a techniku ​​v Japonsku.

Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS. Vědecká studie byla publikovaná v Nature Ecology & Evolution , DOI:10.1038/s41559-024-02361-4.