Preguntas sobre cómo era la humanidad, y si estábamos en el universo, capturamos la imaginación durante milenios. Pero para responder a estas preguntas, los científicos primero deben comprender la vida en sí y cómo podría haber aparecido.
En nuestro trabajo como bioquímicos evolutivos e historiadores de proteínas, estos problemas básicos forman la base de nuestros programas de investigación. Para estudiar las historias de la vida hace muchos años, a menudo usamos rastros llamados "fósiles" moleculares: estructuras antiguas que comparten todos los organismos vivos.
Recientemente descubrimos que se encontró un fósil molecular importante en una antigua familia de proteínas, puede no ser lo que parece. Los centros de dilema, en parte, en una simple pregunta: ¿qué significa esto si una estructura molecular simple, fósil, encuentra en cada organismo en la Tierra? ¿Los fósiles moleculares indican semillas que dieron complejidad biológica moderna o son simplemente chicas tercos que han resistido la erosión con el tiempo? Las respuestas tienen implicaciones de gran alcance de que los científicos entienden el origen de la biología.
Siga el fósforo para seguir la vida
La vida está hecha de muchos bloques de construcción diferentes, uno de los cuales es el más importante de los cuales es el elemento fosfórico más importante. El fósforo forma parte de su material genético, las potencias de una reacción metabólica compleja y actúa como un interruptor de control de enzimas moleculares.
Los compuestos fosfóricos, una forma particularmente cargada llamada fosfato, tienen una serie de propiedades químicas únicas que otros compuestos biológicos no pueden igualar. En palabras del químico orgánico pionero de FH Vestheimer, son químicamente capaces de "hacer casi todo".
Su combinación única de estabilidad, versatilidad y adaptabilidad es la razón por la cual muchos investigadores argumentan que el monitoreo de fósforo es clave para encontrar la vida. La presencia de fósforo y cerca de la casa, en el océano o uno de los meses de Saturno, y el alcance más distante de nuestra galaxia es evidencia poderosa de potencial para la vida fuera del país.
El fosfato es parte de muchas moléculas biológicas esenciales, incluidos los bloques de construcción del ADN. Charles Molnar y Jane Gair, CC BI-SA
Si el fósforo es tan crítico con la vida, ¿cómo fueron las células de los problemas de la bijología primero?
Hoy en día, los organismos biológicos pueden usar fosfatos a través de proteínas, máquinas moleculares que regulan todos los aspectos de la vida. Al unirse a las proteínas, los fosfatos regulan el metabolismo y la comunicación celular y sirven como fuente de energía celular.
Además, el grupo de fosfato de grupo de fosfato en proteínas es ubicua en biología y permite que las proteínas realicen las funciones de sus bloques de construcción individuales no pueden. Sin proteínas, la existencia de organismos como las bacterias y las personas puede no ser posible.
Dado lo esencial que es el fósforo en la vida, los científicos suponen que la unión del fosfato fue una de las primeras funciones biológicas que aparecerán en la Tierra. De hecho, la evidencia actual sugiere que las primeras proteínas fosfato son realmente antiguas, incluso más antiguas que el último ancestro habitual universal, las células de madres hipotéticas durante toda su vida en la Tierra hace unos 4 mil millones de años.
Un fósil misterioso que se une a Fosik
Una familia de proteínas que une los fosfatos, llamados bucles P de NTPasa, regula todo, desde la comunicación entre el almacenamiento celular y se encuentran en el árbol de la vida. Dado que la NTPasa para los bucles P entre las familias de proteínas más antiguas, el análisis de sus propiedades puede proporcionar información clave sobre las proteínas y cómo la vida primitiva utilizó fosfatos.
Aunque NTPasi P-Loop es una variedad de estructuras, compartió un motivo común llamado P-Petlj. Este componente está conectado al fosfato envolviendo el nido de aminoácidos, los bloques de construcción que fabrican proteínas alrededor de las moléculas. Cada organismo famoso tiene varias familias P-boop NTPase, lo que hace que el bucle P-boop sea un excelente ejemplo de un fósil molecular que puede proporcionar rastros sobre la evolución de la vida. Nuestro análisis de tórax del genoma humano estima que las personas tienen alrededor de 5,000 copias de P-Loop.
Ilustración del bucle P. Dariia yehorova
Cuando parte de la estructura proteica más grande, el bucle P se pliega como origami en una forma ideal para abrazar las moléculas de fosfato. Estos nidos son tan similares entre sí, incluso cuando la proteína circundante solo se encuentra en funcionamiento. Oriental Studio En 2012. años, afirmó que incluso si el nido de bucle P se retiró de la proteína, aún puede estar vinculado al fosfato. En otras palabras, el bucle P para la formación del nido está determinado por sus interacciones con fosfato, no por su andamio de proteínas.
Este estudio proporcionó la primera evidencia de que algunas formas de secuencias de bucle P podrían funcionar antes de que estén antes del inicio de proteínas grandes y complejas. Si es cierto, implica que los nidos de bucle P pueden sembrar la ocurrencia y la evolución de muchas proteínas que se unen al fosfato que se observaron hoy.
Prueba de historial de bucle P
Bioinformática pionera, Margaret Oakley Daihoff, hipoteticada en 1966. Años que una gran colección de proteínas grandes observadas hoy en pequeños péptidos que fueron duplicados y conectados durante mucho tiempo. Aunque los bucles P pueden haber evolucionado de una manera diferente, la comprensión de Daihoff fue la primera en aclarar que los patrones complejos podrían aparecer de mucho más simples.
Inspirados por la hipótesis de Daihoff, buscamos investigar el papel que los bucles P simples pueden haber desempeñado en la evolución de las claves de proteínas complejas de por vida. Nuestros hallazgos causan lo que se sabe actualmente sobre estos fósiles moleculares.
La hipótesis de la propulsión propuso que las proteínas grandes y complejas aparecieron a partir de la duplicación y fusionando péptidos más pequeños y simples con el tiempo. Mercher et al. / Biomoléculas, CC BI-SA
Usando modelos de computadora, comparamos una serie de bucles P de P-boop NTPasa con el grupo de control hecho de los mismos aminoácidos, pero en diferentes orden. Aunque estos bucles de control también se encuentran en la proteína, no forman nidos.
Aunque los bucles P y los bucles de control son muy diferentes en su capacidad para formar un nido, descubrimos que ambos pueden formar un nido de pasaje cuando estaban integrados en proteínas. Esto significaba que, al contrario de la creencia popular, la cadena de aminoácidos del bucle P no es especial en su capacidad para formar nidos, para esperar que sean para muchas proteínas modernas.
Fossil se erosiona con el tiempo
Nuestro trabajo sugiere fuertemente que, si bien el bucle P es un fósil molecular, la naturaleza real de sus formas podría transmitir la arena hace tiempos.
Por ejemplo, cuando repetimos sus simulaciones en otro disolvente, específicamente metanol, descubrimos que los bucles P encontrados en sus proteínas parentales podrían recuperar parte de su capacidad para formar nidos. Esto no significa que esté en metanol, las primeras proteínas con bucles P para formar nidos críticos para la vida. Pero esto enfatiza la importancia de considerar el entorno circundante durante el estudio de péptidos y proteínas.
Así como los arqueólogos saben que tienen cuidado de interpretar fósiles físicos, los historiadores de las evolencias de proteínas podrían adquirir un cuidado similar en su interpretación de los fósiles moleculares. Nuestros resultados complican la comprensión actual de la evolución temprana de la proteína y, por lo tanto, algunos aspectos de la vida original.
Cancelando una comprensión más amplia del terreno a medida que aparecían estas proteínas clave, los científicos están listos para comenzar a reescribir su propia historia evolutiva en este planeta.
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