人類對生命起源的探問從未停止過。第一個活細胞是怎樣出現(xiàn)的？早期的原細胞又是如何發(fā)展出細胞所必需的結(jié)構(gòu)膜，從而得以繁衍并組裝成復(fù)雜的有機體？
加州大學圣地亞哥分?；瘜W與生物化學系教授Neal Devaraj領(lǐng)導的研究團隊揭示了一個可能的解釋，這項研究發(fā)表在《Nature Chemistry》期刊上。
地球上的生命需要脂質(zhì)膜——負責包裹細胞內(nèi)部機制并作為許多生物反應(yīng)支架的結(jié)構(gòu)。脂質(zhì)是由長鏈脂肪酸形成的，但在復(fù)雜生命出現(xiàn)之前，這些最初的細胞膜是如何由幾十億年前地球上存在的簡單分子形成的？
科學家們認為，含有少于10個碳-碳鍵的短鏈脂肪分子在早期地球上十分豐富。然而，形成容納細胞復(fù)雜機制的囊泡則需要具備較長鏈長度的分子，而復(fù)雜的脂肪鏈可以有幾乎兩倍的鍵。
雖然有些簡單的脂肪分子可能自行形成脂質(zhì)隔間，但在沒有催化劑的情況下，這些分子所需的濃度非常高，而這在原生命時期的地球上可能并不存在——當時的地球條件可能適宜生命存在，但生命尚未出現(xiàn)。
“看上去這并不新奇，因為脂質(zhì)的產(chǎn)生在有酶的情況下是司空見慣的，”Devaraj說道，他也是 Murray Goodman化學和生物化學教授。“但在四十多億年前，是沒有酶的。然而，這些第一個原細胞結(jié)構(gòu)卻還是形成了。這是怎么做到的？這就是我們想要回答的問題。”
為了揭示這些第一個脂質(zhì)膜的形成，Devaraj的研究團隊從兩種簡單的分子開始：一種名為半胱氨酸的氨基酸和一種短鏈膽堿硫酯，這類似于參與脂肪酸生物合成和降解的分子。
圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1048997
圖片信息：延時熒光顯微鏡視頻顯示囊泡形成。
研究人員使用了硅酸玻璃作為礦物催化劑，因為帶負電的硅酸被帶正電的硫酯所吸引。在硅酸表面，半胱氨酸和硫酯自發(fā)反應(yīng)，形成脂質(zhì)，生成類似原細胞的膜囊泡，這些囊泡穩(wěn)定到足以維持生化反應(yīng)。這在催化劑的作用下發(fā)生，所需濃度比沒有催化劑時要低。
“我們的一部分工作是試圖理解在沒有生命的情況下生命如何出現(xiàn)。物質(zhì)向生命的轉(zhuǎn)變是怎樣最初發(fā)生的？”Devaraj說。“在這篇研究中，我們提供了一個可能發(fā)生的解釋。”
雜志：Nature Chemistry
DOI：10.1038/s41557-024-01666-y
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