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化学家揭示了地球生命如何发生的新理论

时间:2018-05-15

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斯克里普斯研究所(TSRI)的化学家们已经开发出了一个关于地球上的生命如何开始的迷人的新理论。今天在“自然通讯”杂志上描述的他们的实验表明,今天支持生命的关键化学反应可能是在40亿年前在地球上可能存在的成分进行的。

“这对我们来说是一个黑盒子,”TSRI化学副教授,新研究的资深作者Ramanarayanan Krishnamurthy博士说。 “但如果你专注于化学,生命起源的问题就变得不那么令人生畏了。”

对于这项新研究,Krishnamurthy及其合作者都是美国国家科学基金会/美国国家航空和航天局化学发展中心的成员,专注于研究人员称之为柠檬酸循环的一系列化学反应。

从火烈鸟到真菌的每一种有氧生物都依靠柠檬酸循环来释放细胞内储存的能量。在以前的研究中,研究人员设想早期生活使用柠檬酸循环中的相同分子作为今天的生活使用。 Krishnamurthy解释说,这种方法存在的问题是,这些生物分子是脆弱的,在地球的第一个十亿年中,这个循环中使用的化学反应不会存在 - 这些成分根本不存在。

新研究的领导者首先从化学反应开始。他们编写食谱,然后确定早期地球上存在哪些分子可以作为成分。

这项新研究概述了两种非生物周期 - 称为HKG周期和丙二酸周期 - 如何能够共同启动粗制版本的柠檬酸循环。这两个循环使用的反应与柠檬酸循环中进行的α-酮酸和b-酮酸相同的基本化学反应。这些共同的反应包括醛醇加成,其将新的来源分子带入循环,以及β和氧化脱羧,其将分子释放为二氧化碳(CO 2)。

当他们进行这些反应时,研究人员发现他们除了产生二氧化碳之外还可以产生氨基酸,这也是柠檬酸循环的最终产物。研究人员认为,随着生物分子如酶的出现,它们可能导致在这些基本反应中取代非生物分子,使它们更加精细和高效。

Krishnamurthy说:“随着时间的推移,化学反应可以保持不变,只是分子的性质发生了变化。 “随着时间的推移,分子逐渐演化成生物学所需要的。”

“现代代谢有一个前体,一个模板,它是非生物的,”Furman大学化学副教授,第一作者Greg Springsteen博士补充道。

使这些反应更加合理的事实是,这些反应的中心是一种名为乙醛酸的分子,研究表明这种分子可能早在地球上就可以买到,并且是当今柠檬酸循环的一部分(称为“乙醛酸分流或循环” )。

Krishnamurthy说,需要做更多的研究,以了解这些化学反应如何能像今天的柠檬酸循环一样可持续发展。

出版物:Greg Springsteen等人,“Linked Cycles of Oxydative Decarboxylation of Ethoxylate as Protometabolic Analogs of the Citric Acid Cycle”,Nature Communications 9,文章编号:91(2018)doi:10.1038 / s41467-017-02591-0

来源:斯克里普斯研究所

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