Τα πρώτα ζωντανά κύτταρα;

Για την προέλευση της ζωής: Πώς δημιουργήθηκαν οι πρώτες κυτταρικές μεμβράνες.

 Νέα έρευνα παρέχει μια πιθανή εξήγηση για την ανάπτυξη των πρώιμων γήινων πρωτοκυττάρων .

Λίγα ερωτήματα έχουν γοητεύσει την ανθρωπότητα περισσότερο από την προέλευση της ζωής στη Γη. Πώς προέκυψαν τα πρώτα ζωντανά κύτταρα; Πώς αυτά τα πρώιμα πρωτοκύτταρα ανέπτυξαν τις δομικές μεμβράνες που είναι απαραίτητες για να ευδοκιμήσουν τα κύτταρα και να συναρμολογηθούν σε πολύπλοκους οργανισμούς; Νέα έρευνα έχει αποκαλύψει μια εύλογη εξήγηση που περιλαμβάνει την αντίδραση μεταξύ δύο απλών μορίων.

Νέα έρευνα από το εργαστήριο του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο,  του καθηγητή Χημείας και Βιοχημείας Neal Devaraj, αποκάλυψε μια εύλογη εξήγηση που περιλαμβάνει την αντίδραση μεταξύ δύο απλών μορίων. Αυτό το έργο εμφανίζεται στο Nature Chemistry .

Η ζωή στη Γη απαιτεί λιπιδικές μεμβράνες - τη δομή ενός κυττάρου που στεγάζει την εσωτερική μηχανική του και λειτουργεί ως ικρίωμα για πολλές βιολογικές αντιδράσεις. Τα λιπίδια κατασκευάζονται από μακριές αλυσίδες λιπαρών οξέων, αλλά πριν από την ύπαρξη πολύπλοκης ζωής, πώς σχηματίστηκαν αυτές οι πρώτες κυτταρικές μεμβράνες από τα απλά μόρια που υπήρχαν στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια;

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι απλά μόρια μικρών λιπαρών αλυσίδων με λιγότερους από 10 δεσμούς άνθρακα-άνθρακα (οι σύνθετες λιπαρές αλυσίδες μπορεί να έχουν σχεδόν διπλάσιο αριθμό δεσμών) υπήρχαν άφθονα στην πρώιμη Γη. Ωστόσο, μόρια με μεγαλύτερα μήκη αλυσίδας είναι απαραίτητα για να σχηματίσουν κυστίδια, τα διαμερίσματα που στεγάζουν τον περίπλοκο μηχανισμό ενός κυττάρου.

Ενώ μπορεί να ήταν δυνατό για μερικά απλά λιπαρά μόρια να σχηματίσουν μόνα τους διαμερίσματα λιπιδίων, τα μόρια θα χρειάζονταν σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις που πιθανότατα δεν υπήρχαν σε μια πρεβιοτική Γη - μια εποχή που οι συνθήκες στη Γη μπορεί να ήταν φιλόξενες για ζωή αλλά δεν υπήρχε ακόμα καμία.

«Επιφανειακά, μπορεί να μη φαίνεται καινούργιο επειδή η παραγωγή λιπιδίων συμβαίνει συνεχώς με την παρουσία ενζύμων», δήλωσε ο Devaraj, ο οποίος είναι επίσης ο Murray Goodman Edowed Chair in Chemistry and Biochemistry. «Αλλά πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, δεν υπήρχαν ένζυμα. Ωστόσο, κατά κάποιο τρόπο σχηματίστηκαν αυτές οι πρώτες δομές πρωτοκυττάρων. Πώς; Αυτή είναι η ερώτηση που προσπαθούσαμε να απαντήσουμε».

Για να αποκαλύψει μια εξήγηση για αυτές τις πρώτες λιπιδικές μεμβράνες, η ομάδα του Devaraj ξεκίνησε με δύο απλά μόρια: ένα αμινοξέο που ονομάζεται κυστεΐνη και έναν θειοεστέρα χολίνης βραχείας αλυσίδας, παρόμοια με τα μόρια που εμπλέκονται στον βιοχημικό σχηματισμό και την αποικοδόμηση των λιπαρών οξέων.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πυριτικό γυαλί ως ορυκτό καταλύτη επειδή το αρνητικά φορτισμένο πυρίτιο έλκονταν από τον θετικά φορτισμένο θειοεστέρα. Στην επιφάνεια του πυριτίου, η κυστεΐνη και οι θειοεστέρες αντέδρασαν αυθόρμητα για να σχηματίσουν λιπίδια, δημιουργώντας μεμβρανικά κυστίδια που μοιάζουν με πρωτοκύτταρα αρκετά σταθερά για να διατηρούν βιοχημικές αντιδράσεις. Αυτό συνέβη σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις από αυτές που θα χρειαζόταν απουσία καταλύτη.

«Μέρος της δουλειάς που κάνουμε είναι να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε πώς μπορεί να αναδυθεί η ζωή, απουσία ζωής. Πώς συνέβη αρχικά αυτή η μετάβαση από ύλη σε ζωή;» είπε ο Ντεβαράι. «Εδώ δώσαμε μια πιθανή εξήγηση για το τι θα μπορούσε να έχει συμβεί».

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα ScienceDaily

περισσότερα,

https://today.ucsd.edu/story/first-cell-membranes

Christy J. Cho, Taeyang An, Yei-Chen Lai, Alberto Vázquez-Salazar, Alessandro Fracassi, Roberto J. Brea, Irene A. Chen, Neal K. Devaraj. Protocells by spontaneous reaction of cysteine with short-chain thioesters. Nature Chemistry, 2024; DOI: 10.1038/s41557-024-01666-y

https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241113123534.htm