Η εξέλιξη των πρωτεϊνών που τροφοδότησαν τη ζωή

Τα πετρώματα στις υδροθερμικές οπές περιέχουν μικρές δομές σε σχήμα φυσαλίδας που ονομάζονται υδροθερμικοί πόροι. Η σύνθεση μικρών οργανικών μορίων καταλύεται από μέταλλα (ροζ κύκλοι) στις ορυκτές επιφάνειες αυτών των πόρων. Ίσως γεγονότα σαν κι αυτά να πυροδότησαν την εξέλιξη της πρωτόγονης βιοχημείας. Από: N. MRNJAVAC ET AL, 2024.

Σχετικά με την εμφάνιση του μεταβολισμού: Η εξέλιξη των πρωτεϊνών που τροφοδότησαν τη ζωή.

Η εμφάνιση του μεταβολισμού αντιπροσωπεύει ένα κρίσιμο βήμα στην εξέλιξη της ζωής, τη μετάβαση από απλές χημικές αντιδράσεις σε σύνθετες, ενζυμικά καθοδηγούμενες βιοχημικές οδούς. Επέτρεψε στους πρώιμους οργανισμούς να αξιοποιήσουν την ενέργεια και να συνθέσουν απαραίτητα μόρια, μειώνοντας την εξάρτησή τους από εξωτερικές πηγές. Αυτή η διαδικασία περιελάμβανε την εξέλιξη πρωτεϊνών, συγκεκριμένα οξειδοαναγωγασών, οι οποίες συνδέουν την ενέργεια από το περιβάλλον με βασικές οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις.

Στην αυγή της ζωής, ο μεταβολισμός ήρθε πρώτος; Μερικοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι στην αρχή, η γεωχημεία έδωσε τη θέση της στη βιοχημεία - χωρίς να είναι απαραίτητο γενετικό υλικό. Μόνο αργότερα εμφανίστηκαν το RNA και το DNA.

Εμφάνιση και πολυπλοκοποίηση μεταβολικών πρωτεϊνών σε τρεις εποχές. Τα θεμέλια του μεταβολισμού ξεκίνησαν όταν ένα σύνολο μεταλλοπεπτιδίων αναδύθηκε μέσω της αυθόρμητης, θερμοδυναμικά καθοδηγούμενης επιλογής πολυμεριζόμενων αμινοξέων συνδεδεμένων με οξειδοαναγωγικά ενεργά μεταλλικά ιόντα. Αυτοί οι καταλύτες ήταν το σημείο καμπής στην εμφάνιση του μεταβολισμού, οδηγώντας σε μικρές μεταλλοπρωτεϊνικές πτυχές και επακόλουθες νανομηχανές σύνθετων πρωτεϊνών.  Φιλοσοφικές Συναλλαγές της Βασιλικής Εταιρείας Β: Βιολογικές Επιστήμες μέσω PubMed.

Η ζωή απέχει πολύ από τη θερμοδυναμική ισορροπία. Ως εκ τούτου, η ζωή πρέπει να αντλεί ενέργεια από το περιβάλλον.

Στη Γη, αυτή η ενέργεια καθοδηγείται από δίκτυα μεταβολικών αντιδράσεων σε όλα τα κύτταρα, τα οποία τελικά μετακινούν ηλεκτρόνια και πρωτόνια (δηλαδή άτομα υδρογόνου) σε όλο τον πλανήτη. Η προέλευση του μεταβολισμού απαιτούσε την εμφάνιση και την εξέλιξη των πρωτεϊνών.

Οι πρωτεΐνες είναι χημικές μηχανές νανομετρικής κλίμακας - δηλαδή, κυριολεκτικά νανομηχανές που κινούνται φυσικά. Αυτές οι νανομηχανές επιτρέπουν στα ζωντανά συστήματα να εκτελούν βασικές βιοχημικές εργασίες, από την αντιγραφή έως τον μεταβολισμό, με τον τελευταίο να αποτελεί τις μηχανές της ζωής.

Σε όλη την υπάρχουσα μορφή ζωής στη Γη, ένα μικρό σύνολο αυτών των νανομηχανών, που ονομάζονται οξειδοαναγωγάσες, συνδέουν τη χημική ενέργεια από το περιβάλλον με βασικές οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, όπως η φωτοσύνθεση, η αναπνοή και η δέσμευση αζώτου. Η προέλευση και η εμφάνιση σύνθετης ζωής έχουν συνδεθεί στενά με την εξέλιξη των οξειδοαναγωγασών.

Εδώ, χρησιμοποιώντας αναλύσεις που βασίζονται στη δομή, περιγράφουμε την εξέλιξη των πρωτεϊνικών καταλυτών σε τρεις βιολογικές εποχές. Πρώτον, οι θερμοδυναμικά καθοδηγούμενες αντιδράσεις πολυμερισμού παρήγαγαν απλά πεπτίδια σύνδεσης μετάλλων με συγκεκριμένες αλληλουχίες που καταλύουν βασικές μεταβολικές αντιδράσεις.

Δεύτερον, αυτοί οι καταλύτες ενσωματώθηκαν σε μικρές δομικές «πτυχώσεις». Στην τρίτη εποχή, αυτές οι πτυχές χρησίμευσαν ως δομικά στοιχεία για τις υπάρχουσες, πολύπλοκες νανομηχανές.

Σχετικά με την εμφάνιση του μεταβολισμού: η εξέλιξη των πρωτεϊνών που τροφοδότησαν τη ζωή , Φιλοσοφικές Συναλλαγές της Βασιλικής Εταιρείας Β: Βιολογικές Επιστήμες μέσω PubMed

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα astrobiology

περισσότερα,

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12329447/

On the emergence of metabolism: the evolution of proteins that powered life, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences via PubMed

https://astrobiology.com/2025/08/on-the-emergence-of-metabolism-the-evolution-of-proteins-that-powered-life.html

https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2025/evolution-of-life-metabolism-first