寇建超

地球上的生命來(lái)自哪里？這是全人類(lèi)都在一直探索的共同問(wèn)題。早在2018年，美國(guó)羅格斯大學(xué)的研究人員就發(fā)現(xiàn)，對(duì)細(xì)胞、生命的基本組成和功能至關(guān)重要的蛋白酶，很早就已經(jīng)存在，甚至設(shè)計(jì)合成了一種蛋白質(zhì)模型。但生命起源最初的蛋白質(zhì)究竟什么樣？依然不清楚。

具備這種折疊結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，可能是新陳代謝演化中最早的蛋白質(zhì)之一

人類(lèi)的DNA由編碼長(zhǎng)幾百到幾千個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)的基因組成，這些復(fù)雜的蛋白質(zhì)是數(shù)十億年演化的結(jié)果。研究認(rèn)為，生命剛剛開(kāi)始時(shí)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可能要簡(jiǎn)單得多，也許只有10個(gè)—20個(gè)氨基酸長(zhǎng)。生命起源最初的蛋白質(zhì)究竟是什么樣的？這一次，美國(guó)羅格斯大學(xué)的科研人員發(fā)現(xiàn)了它。3月16日，據(jù)新聞網(wǎng)站Phys.org報(bào)道，羅格斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了負(fù)責(zé)新陳代謝的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的起源：一種簡(jiǎn)單分子，它為地球早期生命提供能量，并可以作為美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）用來(lái)尋找其他星球上的生命的化學(xué)信號(hào)。他們的研究預(yù)測(cè)了35億年—25億年前最初蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，這一成果已經(jīng)發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

就像完成一個(gè)有千百塊碎片的拼圖一樣，科學(xué)家追溯了酶（蛋白質(zhì)）從現(xiàn)在到遙遠(yuǎn)過(guò)去的演變。要完成這個(gè)拼圖需要找到兩個(gè)缺失的碎片，如果沒(méi)有它們，地球上的生命就不可能存在。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)由它們?cè)谛玛惔x中的作用連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了缺失的碎片。羅格斯大學(xué)羅伯特伍德約翰遜醫(yī)學(xué)院（Robert Wood Johnson Medical School）生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授維卡斯，南達(dá)表示，“我們對(duì)地球生命的起源知之甚少，這項(xiàng)工作讓我們能在更大時(shí)間跨度內(nèi)尋找并提出最早的代謝蛋白。”

此外，維卡斯·南達(dá)還談到：“我們將在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，以更好地了解地球上生命的起源，并告知生命可能如何起源于其他地方。我們正在實(shí)驗(yàn)室中建立蛋白質(zhì)模型，并測(cè)試它們是否能引發(fā)對(duì)早期代謝至關(guān)重要的反應(yīng)。”據(jù)了解，由羅格斯大學(xué)牽頭的一個(gè)名為ENIGMA的科學(xué)家小組正在NASA的資助下，以NASA天體生物學(xué)計(jì)劃成員的身份進(jìn)行這項(xiàng)研究。ENIGMA項(xiàng)目試圖揭示催化生命早期階段的最簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)的作用?！拔覀冋J(rèn)為，就像樂(lè)高積木一樣，生命由非常小的‘積木來(lái)制造簡(jiǎn)單細(xì)胞和像我們這樣更復(fù)雜的生命體?！盓NIGMA首席研究員、羅格斯大學(xué)新布倫瑞克分校著名教授Paul G. Falkowski說(shuō)：“我們認(rèn)為我們已經(jīng)找到了這個(gè)生命的積木——導(dǎo)致細(xì)胞、動(dòng)物和植物進(jìn)化的樂(lè)高積木。”

這個(gè)羅格斯大學(xué)研究小組重點(diǎn)研究了兩個(gè)蛋白質(zhì)“折疊”，它們很可能是早期新陳代謝中的第一個(gè)結(jié)構(gòu)。它們是鐵氧化還原蛋白折疊（ferredoxin fold）和羅斯曼折疊（Rossmannfold），前者結(jié)合鐵—硫化合物，后者常見(jiàn)于核苷酸結(jié)合蛋白質(zhì)，特別是輔因子NAD結(jié)合蛋白。這是生命進(jìn)化中必不可少的兩塊“積木”。蛋白質(zhì)折疊是蛋白質(zhì)獲得其功能性結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的過(guò)程。通過(guò)這一物理過(guò)程，蛋白質(zhì)從無(wú)規(guī)則卷曲折疊成特定的功能性三維結(jié)構(gòu)。Ferredoxin是在現(xiàn)代蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的金屬，通過(guò)使得機(jī)體內(nèi)的電子來(lái)回穿梭來(lái)促進(jìn)新陳代謝，電子流經(jīng)固體、液體和氣體，并為生命系統(tǒng)提供動(dòng)力。同樣的電動(dòng)力必須存在于任何其他有可能支持生命的行星系統(tǒng)中。有證據(jù)表明，這兩個(gè)蛋白質(zhì)折疊可能有一個(gè)共同的祖先，如果是真的，它可能是生命的第一個(gè)代謝酶。（摘自美《深科技》）（編輯/諾伊克）