Nguồn gốc sự sống: Cái nào có trước? LỊCH SỬ TẠO SINH

1. Giới thiệu

Khái quát

Các protein được mã hóa trong vật liệu di truyền của tế bào. Chúng có hình dáng như đinh vít, lò xo và bánh răng. Tất cả đều là các bộ phận hỗ trợ chuyển động. Nhưng những protein đầu tiên, chúng ta giả định, đã xuất hiện trước tế bào. Và do đó sự sống có từ rất lâu. Các protein hiện đại được tạo ra từ 20 loại axit amin khác nhau. Tất cả chúng đều cần thiết để tạo protein và được sắp xếp dưới dạng polyme. Phân tử dài này, giống như chuỗi

• trong đó vị trí của mỗi axit amin
• rất quan trọng đối với chức năng của protein.

Vấn đề

Nhưng có một nghịch lý khi tìm hiểu cách các protein sớm nhất hình thành. Bởi vì

• các axit amin cần thiết để tạo ra protein,
• được tạo ra bởi các protein khác – các enzym.

Đó là một dạng câu hỏi giữa con gà và quả trứng. Và nó mới chỉ được trả lời một phần cho đến nay.

2. Quá trình nghiên cứu nguồn gốc sự sống

Quan điểm

Các nhà khoa học tin những protein đầu tiên được vật chất hóa từ các đoạn protein ngắn hơn được gọi là peptide. Các peptit sẽ là tập hợp dính của các axit amin được tạo ra một cách tự nhiên trong chất nền nguyên thủy. Các peptit ngắn sau đó sẽ liên kết với nhau, theo thời gian tạo ra một loại protein có khả năng hoạt động. Sự tạo ra tự phát của các axit amin đã được chứng minh vào năm 1952,

• trong thí nghiệm nổi tiếng của Miller và Urey,
• trong đó họ tái tạo các điều kiện được cho là tồn tại trên Trái đất trước sự sống,
• và bổ sung năng lượng giống tác động của sét hoặc núi lửa.

Việc cho thấy các axit amin, trong những điều kiện thích hợp, có thể

• hình thành không cần sự trợ giúp của các enzim
• hoặc bất kỳ cơ chế nào khác trong cơ thể sống
• các axit amin có trước enzyme

Tawfik, thuộc Phòng Khoa học Phân tử Sinh học của Viện, nói rằng tất cả phát kiến đều thú vị,

nhưng một loại axit amin quan trọng đã bị thiếu trong thí nghiệm đó và mọi thí nghiệm sau đó: các axit amin như arginine và lysine mang một điện tích dương. Các axit amin này đặc biệt quan trọng đối với các protein hiện đại. Vì chúng tương tác với DNA và RNA, cả hai đều mang điện tích âm thuần. RNA ngày nay được coi là phân tử ban đầu

• vừa có thể mang thông tin
• vừa có thể tạo ra các bản sao của chính nó

Do đó, về mặt lý thuyết, sự tiếp xúc với các axit amin tích điện dương là cần thiết cho các bước tiếp theo trong quá trình phát triển tế bào sống.

Nhưng có một axit amin tích điện dương xuất hiện trong các thí nghiệm Miller-Urey,

• một axit amin được gọi là ornithine
• ngày nay được tìm thấy như một bước trung gian
• trong quá trình sản xuất arginine,
• nhưng bản thân nó không được sử dụng để tạo ra protein.

Nhóm nghiên cứu đặt câu hỏi

Điều gì sẽ xảy ra nếu ornithine là axit amin bị thiếu trong các protein ban đầu đó?

Họ đã thiết kế một thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết về nguồn gốc sự sống này.

Tiến hành

Giai đoạn 1

Các nhà khoa học bắt đầu với một loại protein tương đối đơn giản từ một tập liên kết giữa DNA và RNA. Phương pháp phát sinh loài có thể suy ra trình tự của protein tổ tiên. Loại protein này rất giàu điện tích dương 14 trong số 64 axit amin là arginine hoặc lysine. Tiếp theo, họ tạo ra các protein tổng hợp. Trong đó ornithine thay thế chúng làm chất mang điện tích dương.

Giai đoạn 2

Các protein dựa trên ornithine liên kết với DNA, nhưng yếu. Tuy nhiên, trong phòng thí nghiệm của Metanis, các nhà nghiên cứu phát hiện các phản ứng hóa học đơn giản có thể chuyển ornithine thành arginine. Và những phản ứng hóa học này

• xảy ra trong những điều kiện
• được cho là đã xảy ra trên Trái đất
• vào thời điểm những protein đầu tiên xuất hiện.

Giai đoạn 3

Khi ngày càng nhiều ornithine được chuyển đổi thành arginine,

• các protein ngày càng giống với các protein hiện đại,
• và liên kết với DNA theo cách mạnh mẽ và chọn lọc hơn.

Thu hoạch

Các nhà khoa học cũng phát hiện

• với sự hiện diện của RNA, dạng peptide ban đầu tham gia vào quá trình phân tách pha (giống như giọt dầu trong nước)
• có thể dẫn đến quá trình tự lắp ráp và “bộ phận hóa”.

Và điều này, Tawfik nói, đã gợi ý những protein như vậy, cùng RNA, có thể hình thành các tế bào proto, từ đó các tế bào sống thực sự có thể đã tiến hóa.

Giáo sư Dan Tawfik, Giáo sư Nella và Leon Benoziyo cùng thực hiện nghiên cứu nguồn gốc sự sống và công bố.