从生命机器中剥离出linchpins

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如此大胆的是马库斯布雷的实验,即使他担心它会失败。在将遗传密码转化为生命的细胞内部系统中,他用原始替代品替换了大约1,000个必需的linchpins,以确定翻译系统是否能够存活并发挥作用。这似乎是不可能的,但它在游泳方面起作用,而Bray有令人信服的证据表明蛋白质的伟大建设者在40亿年前进化的恶劣条件下活跃起来。

实验的成功再次证实了翻译系统在地球上最早的生命基础上的位置。每个生物都存在,因为翻译系统从RNA传递给它的DNA接收信息并将信息翻译成蛋白质。该系统以称为核糖体的细胞机为中心,该核糖体由多种大分子RNA和蛋白质组成,并且在我们所知的生命中无处不在。如果没有核糖体,就没有什么可以存活的,佐治亚理工学院化学与生物化学学院教授洛伦威廉姆斯说。核糖体是生物学中最古老,最普遍的部分,它的起源可以追溯到地球形成和冷却后不久的时间。

吃你的镁

那些linchpins
Bray猛拉出来并取而代之的是金属离子(带电荷的原子,在这种情况下为正极)。在今天的核糖体和整个翻译系统中,它们都是镁离子,而Bray的实验用铁离子和锰离子取而代之,这些铁离子和锰离子在原始地球上过剩。威廉姆斯和詹妮弗玻璃,新研究的主要研究人员,也怀疑这是可行的。我想,它不会起作用,但我们不妨尝试一下moonshot,威廉姆斯说,他曾经领导过类似的工作,但更简单的分子。将转换系统中的所有镁转换成实际工作的事实令人难以置信。那是因为在今天的生命系统中,镁通过将核糖体结合在一起来帮助塑造核糖体。大约20种额外的转化系统酶也需要镁。这是膳食镁(Mg)如此重要的一个原因。核糖体和转化系统中镁的不同之处就是巨大的,威廉姆斯说。翻译中有很多类型的催化活性,镁几乎都参与其中。

熔岩咆哮的地球

当第一次生命进化时,地壳中的裂缝仍然是熔岩和流星撞击仍然很常见。没有透气的氧气,这个星球充满了铁和锰。这可能使它们对于翻译系统用作主要离子具有吸引力。镁也可能参与其中,尽管它可能比今天更少。

研究人员想知道翻译系统是否首先进化为与其他金属一起发挥作用的作用。因此,威廉姆斯和玻璃实验室的研究生助理布雷为他们换掉了镁离子,白兰地。我们没有任何充分的理由相信它会起作用,这对我们所有人来说都是一个巨大的惊喜,Bray说。它强烈证实,在早期的地球条件下,翻译系统将会蓬勃发展。Bray,共同第一作者Timothy
Lenz和联合首席研究员Glass和Williams于2018年11月9日在美国国家科学院院刊上发表了他们的研究成果。该研究由NASA外生物学项目资助。Glass是乔治亚理工学院地球与大气科学学院的助理教授。

教科书重写结果

令人惊讶的是,原子交换几乎没有改变核糖体的形状。这是完全令人难以置信的,因为生物学会非常具体地使用物质。改变一个原子,它可以破坏整个蛋白质,威廉姆斯说。当我们探测结构时,我们发现所有三种金属对结构的作用基本相同。当他们用铁代替镁测试转化系统的性能时,它的效率比正常(镁含量)高50%到80%。布瑞说:锰比铁更好。我认为这些可能是教科书重写的结果,因为核糖体研究的整个领域都涉及镁,Bray说。现在,凭借我们已经完成的工作,不再只有镁才能发挥作用。

原始气帐篷

Bray在镁,铁或锰存在下将核糖体孵育在一个特殊的室内,这个室内有一个没有氧气的人造大气层,就像40亿年前的地球一样。他发现镁替代品远远超出了核糖体中的原子。核糖体周围也是巨大的镁原子云。它被称为大气层或壳,并完全吞没它。我取代了所有东西,包括那个,整个系统仍然有效。随着时间的推移,在镁存在的情况下,转化系统的进化可能使其具有适应性优势。随着地球上的氧气水平升高,结合了游离的锰和铁,并使它们不易被生物学所利用,镁可能会轻松地承担它在今天的转化系统中所占据的数千种角色。