研究人员解决了地球上生命起源的难题

由于蛋白质稳定膜的构建块，可能已经出现了古地上的第一个细胞。

当地球上的生活在大约40亿年前在复合物的基因汤中形成的第一个细胞，富含碳化合物的化合物。

这些细胞面临着化学难题。他们需要特定的离子，以执行基本功能。但是那些带电的离子会破坏包封细胞的简单膜。

华盛顿大学的研究人员使用早期地球上的分子解决了这一谜题。使用由脂肪酸分子制成的膜包围的细胞尺寸的流体填充隔室，该团队发现氨基酸，蛋白质的结构块可以稳定镁离子的膜。它们的结果设定了第一个细胞的阶段，以在RNA中编码其遗传信息，与需要镁的DNA相关的分子，同时保持膜的稳定性。

使用透射电子冷冻镜检查的膜（圆圈）的图像。顶部：在含有没有氨基酸的溶液中的膜。底部：含有丝氨酸的溶液中的膜，氨基酸触发膜以形成多层同心膜。比例尺：100纳米。

8月12日出版的调查结果在国家科学院的诉讼程序中，超越了解释氨基酸如何在不利环境中具有稳定的膜。他们还展示了细胞结构 - 膜，蛋白和RNA的近期构建块 - 可以在古地地球上的水利环境中共同定位。

“细胞由具有完全不同类型的构建块的非常不同类型的结构组成，并且从未明确过他们以功能方式聚集在一起，”联合对象作者罗伊黑色，化学联盟教授和生物工程。“假设只是那个 - 不知何故 - 他们确实走到了一起。”

在AMGEN的职业生涯之后，黑人来到UW，有机会填补这一关键，缺少的细节“不知何故”。他与萨拉凯勒合作，一位乌斯化学教授和膜上专家。通过观察到脂肪酸分子可以自组装以形成膜，并假设这些膜可以充当良好的表面以组装RNA和蛋白质的良好表面来启发。

“你可以想象不同类型的分子在原始汤内移动，作为模糊网球和硬壁球在一个正在摇摇欲坠的大盒子里弹跳，”凯勒说，他在论文中也是相同的作者。“如果你用魔术贴的盒子里的一个表面排在一起，那么只有网球将坚持该表面，它们将最终靠近。罗伊有洞察力，可以通过类似的机制来增强局部分子浓度。“

该团队以前表明RNA的结构块优先附着在脂肪酸膜上，并且令人惊讶的是，也令人惊讶地还稳定脆弱的膜抵抗盐的不利影响，其在地球上的常见化合物和存在。

使用透射电子冷冻镜检查的膜（圆圈）的图像。顶部：氯化镁溶液中的膜，盐破坏膜，没有氨基酸。底部：氯化镁和丝氨酸溶液中的膜，氨基酸触发膜以形成多层同心膜。比例尺：100纳米。

该团队假设氨基酸也可能稳定膜。它们使用各种实验技术 - 包括光学显微镜，电子显微镜和光谱 - 以测试10种不同的氨基酸与膜相互作用。他们的实验表明，某些氨基酸与膜结合并稳定它们。一些氨基酸甚至引发膜的大结构变化，例如形成膜的同心球 - 洋葱的薄膜。

“氨基酸不仅仅是保护囊泡免受镁离子的破坏，而且它们还创造了多层囊泡的嵌套膜，”化学部的UW博士生博士生凯特林康奈尔说。

研究人员还发现氨基酸通过浓度的变化稳定膜。一些科学家假设第一细胞可能形成在浅盆中，在蒸发水并随着水溶液中洗涤的新水，通过高浓度的氨基酸的循环和低浓度的氨基酸。

氨基酸保护膜的新发现 - 以及现有结果表明RNA构建块可以发挥类似的作用 - 表明膜可能是这些前体分子共同定位的部位，提供了解释所带来的潜在机制一起成分终身。

第一细胞的构建块是如何在膜上共定的模型。左：原始汤中的膜，RNA和蛋白质的构建块。中间：膜形式（灰色圆圈）并绑定构件块的子集，这反过来稳定膜。右：由膜包裹的功能性RNA和蛋白质。

Keller，Black及其团队将关注共同局部建筑块如何更为显着的关注：它们互相绑定以形成功能机器。

“那是下一步，”黑色说。

他们正在进行的努力也在努力跨越UW的纪律的关系。

“华盛顿大学是一个异常的好地方，因为科学界的积极性与科学界的积极性合作，以便在各部门和领域分享设备和想法，”凯勒说。“我们与Drobny实验室和Lee Lab的合作是必不可少的。没有单一的实验室可以完成这一切。“

共同作者是加里·德罗伯，化学教授;凯利李，乌斯副教授的药用化学; uw博士后研究人员蒙君雪与海伦·丽思在化学系，以及詹姆斯·威廉姆斯在药用化学系; UW研究生Zachary Cohen在化学系和Alexander Mileant的生物结构，物理和设计研究生课程;和UW本科校友安德鲁拉姆斯和摩梭戈登。该研究由美国宇航局，国家卫生研究院和国家科学基金会资助。