초기 지구에서 화학 물질의 수프에서 생명이 어떻게 진화했는지에 대한 대중의 추측은 종종 유전자 정보의 분자 인 DNA와 RNA의 기원에 초점을 둔다. 그러나 유전자의 기원은 생명의 이론이 고려해야 할 미스터리 중 하나 일뿐입니다. 다른 하나는 신진 대사의 상승입니다. - 환경에서 지속적으로 에너지를 끌어 내고 그것을 중요한 분자의 조립으로 지시함으로써 생명을 가능하게하는 세포 내부의 생화학 적 과정입니다. 진전이 거의 없었던 복잡한 문제입니다.
그러나 과학자들은 그 검색에서 중요한 코너를 방금 돌렸을 것입니다. 오늘날 자연 화학 Furman University와 Scripps Research Institute의 연구원들은 세포 대사의 가장 중요한 부분 중 하나가 어떻게 생겼는지에 대한 발견을 발표했습니다. 연구자들은 화학 메커니즘이 오늘날 세포에 있기 때문에 정교하게, 잠재적 인 선구자를위한 거의 모든 성분은 물에 반응하는 두 개의 단순한 유기 화합물로 쉽게 형성 될 수 있음을 보여 주었다.
.다른 과학자들은 새로운 발견의 중요성과 연구원의 독창성과 엄격한 화학 전문 지식을 환영했습니다.
모든 세포 대사의 중심 기둥과 그것을 암기해야했던 고등학교 생물학 학생들의 베인은 트리 카르 복실 산 (TCA)주기, 시트르산주기 또는 Krebs 사이클로 다양하게 알려진 복잡한 10 단계 화학 공정입니다. “TCA주기는 많은 현대 생물학의 중심에 있으며, 식품을 에너지로 분해하고 단백질의 중요한 빌딩 블록을 합성하는 데 사용됩니다. 혐기성 유기체는 또한 이산화탄소를 지방과 설탕의 유기 빌딩 블록으로 변형시키기 위해주기를 반대로 실행할 수 있습니다.
TCA 사이클은 가장 간단한 세포에서도 많은 중요한 과정으로 공급되기 때문에 과학자들은 프리 바이오 틱 수프에서 자신을 확립하는 것이 초기 반응 중 하나라고 의심합니다. 그것이 어떻게 진화했는지 재구성하기 위해, 생화학 학자들은 일반적으로 현대 TCA 사이클에 관련된 8 개의 효소를 전이 금속으로 대체함으로써 뒤로 작용하려고 노력했다. 그러나 전이 금속은 종종 원하는 중간 분자를 생성하지 못했거나, 이들이 만들어 낸만큼 빠르게 분해를 촉매했으며, 금속은 일반적으로 고온 또는 기타 극한 조건이 필요했습니다. 스페인 발렌시아 대학교의 생화학 및 분자 생물학 교수 인 줄리 페레 토 (Juli Peretó)는“금속과 가혹한 조건은 반응을 가속화하지만 제품의 파괴를 촉진하는 것도 좋을 수있다”고 말했다. "이 상황은 제안 된 체계 중 일부는 다소 타당하거나 비현실적으로 만듭니다."
.Scripps Research Institute의 화학 부교수이자 새로운 논문의 또 다른 공동 저자 인 Ramanarayanan Krishnamurthy의 원산지 연구원에게, 이것은“생물학적 단서에만 초점을 맞추면서이 커뮤니티가 어떻게 현장에서 진정한 진전을 이끌어 낸 고전적인 사례”였다.
.화학 후
Krishnamurthy, Springsteen 및 동료들은 완전히 다른 접근 방식을 취했습니다. 그들은 더 간단한 버전의 구성 요소를 교환하여 TCA 사이클의 선구자를 찾는 대신 프리 바이오 틱 세계에 다재다능한 반응물이 존재했을 수있는 방법을 묻고 다양한 상황에서 얼마나 많은 일을 할 수 있는지 살펴 보았습니다. Krishnamurthy는“기본적으로 우리는 소분자가 무엇을 이용할 수 있었는지, 화학이 무엇인지 살펴 보았습니다.
또는 Springsteen이 말했듯이“우리는 화학을 이끌지 않고 따르고있었습니다.”
그들은 단지 2 개의 가장 작은 알파-케토 세인 인 글리 옥실 레이트와 피루 베이트의 두 가지 화합물로 시작하여 각각 단지 2 및 3 개의 탄소 원자를 함유한다. 알파-케토 아시 드는“물의 안정성과 탄소 탄소 결합을 형성하려는 성향, 생물학의 골격”때문에 주목을 끌었다.
.놀랍게도, 그들은 글리 옥실 레이트 및 피루 베이트가 반응하여 Citric Acid를 제외한 TCA주기의 모든 중개 제품에 대한 화학적 유사체를 포함하는 다양한 화합물을 만들었다는 것을 발견했다. 더욱
Krishnamurthy는이 결과를 "당황스럽게 쉽게"묘사했습니다. "공동체는 금속이 사용되어야한다고 확신했고, 그렇지 않을 수있는 가능성에 대해 생각하지 않았다는 것을 스스로 확신했기 때문에 아무도 이전에 이와 같은 것을 시도한 사람이 없다고 말했다.
Springsteen은 대부분의 유기 합성 실험에서 조건이 엄격하게 조절되어야하며, 시작 반응물과 제품을 추가하여 조심스럽게 제거해야한다고 언급했습니다. "비교적, 우리가 여기서 발견 한 화학은 달리기위한 꿈이었습니다. 통로를 시작하기 위해 실제로해야 할 일은 두 개의 안정적인 반응물을 버퍼링 된 물에 떨어 뜨려 따뜻한 뜨거운 판에 붙였습니다." “화학은 매우 강력했습니다.
반응의 생산성은 처음에는 환원제 (즉, 전자 공급원) 역할을하는 일부 세 번째 시약이 없을 때 어떻게 진행할 수 있는지는 처음에는 어떻게 분명하지 않았기 때문에 원래의 기대를 훨씬 능가했습니다. 그런 다음 수성 조건 하에서 글리 옥실 레이트가 동시에 두 가지 작업을 수행하고 있으며 반응에서 원료 역할을하고이를 용이하게하는 환원제로 작용하고 있음을 발견했습니다. Springsteen은“우리 자신을 이해하도록 설득하는 데 몇 달의 실험이 필요했습니다. "우리는 2018 년 중반에 이해되는 경로의 기본 외곽선을 가지고 있었고 2 년 동안 화학의 전체 환경을 탐구하고 시연했습니다."
.Krishnamurthy와 Springsteen은 그들의 실험이 TCA주기의 조상이 이런 방식으로 나타 났음을 증명하지 않는다는 것을 강조하지 않습니다. 그들이 만든 반응과 중개 분자 사이에는 유사점이 있지만 TCA주기에있는 분자들 사이에는 유사점이 있지만 추가 증거가 없다면 TCA주기 중개인의 아날로그로 언급하는 것이 더 신중합니다. 그들은 어떤 종류의주기도 만들지 않았으며 원칙적으로 하나의 역할을하도록 조직 될 수있는 분자의 혼합물 만 만들었습니다.
.그러나 세포의 전구체가 자신의 처리에 해당 분자를 가졌다면, 그들은 생명에 유용한 합성 화학의 일부를 수행했을 것입니다. 신진 대사의 첫 번째 초안은 거의 확실하게 조잡하고 제대로 통제되지 않았으며, 완전한 주기로 구성되지 않았을 수도 있습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 단백질이 혼합의 일부가됨에 따라 효소는 일부 반응을 제어 할 수 있었고 실제 TCA주기는 형태가 시작되었을 수 있습니다.
현재는 오해의 소지가있을 수 있습니다
현대 신진 대사의 린치 핀과 같은 것이 온화하고 최소한의 까다로운 조건에서 나타날 수 있다는 시연은 TCA 사이클의 프리 바이오 틱 기원을 더 실현 가능하게 보이게 만들었습니다. 그리고이 연구에 대한 연구원들의 열린 마음의 접근은 그것을 가능하게 만든 것의 큰 부분이었습니다.
앨버타 대학교 화학 교수 인 Sheref Mansy는“이것이 중요한 통찰력이라고 생각합니다. 이 논문은 새벽의 새벽에 그럴듯하게 존재할 수있는 화학 물질의 잠재력을 완전히 탐구함으로써“당신은 당신이 일어났던 일에 대한이 좁은 견해를 가지고 있다면 분명하지 않은 것들을 발견 할 수 있음을 보여줍니다.” 그는 덧붙였다.“여러면에서 게임 체인저라고 생각합니다.”
Peretó는 다음과 같이 동의합니다.“저에게 주된 교훈은 우리가 신진 대사의 기원에 대한 생각을 재고해야한다는 것입니다. 그러나 Krishnamurthy의 작품이 신진 대사의 기원을 이해하는 데있어“Springsteen과 그들의 동료들은“중요한 단계”라고 지적하면서“우리는 여전히 삶의 기원에 대한 일관적이고 그럴듯한 이야기를 구성하기 위해 여전히 많은 다른 세부 사항을 풀어야한다고 경고했습니다.”
.Mansy도 그의 열정에도 불구하고 작품에 대한 그의 해석에 신중했습니다. “신진 대사는 단순히 빌딩 블록을 제공하는 것이 아닙니다. 그것은 실제로 세포의 낮은 엔트로피 상태를 유지하는 일종의 에너지입니다.”라고 그는 말했다. 그에게 여전히 누락 된 것의 일부는 어떤 종류의 프로토-메트 대사가 세포의 선구자가 더 잘 생존하는 데 도움이되었다는 증거입니다 (전구체가 엄격하게 말하면 살아 있지 않더라도). "우리가 어떻게 이런 종류의 화학이 하나의 캡슐화 된 화학 시스템에 다른 캡슐화 된 화학 시스템에 선택적인 이점을 줄 수 있는지 이해하기 시작할 때까지…
Krishnamurthy는해야 할 일이 훨씬 더 많다는 것에 동의합니다. “다음 논리적 단계는이 반응 서열에서 생성 된 일련의 중간체에 대해 자연 기회가 발생하는 것이 다른 흥미로운 화합물로 전환 될 수있는 것”이라고 말했다. 프리 바이오 틱 세계에서 글리 옥실 레이트와 피루 베이트의 강력한 공급원이 무엇인지 결정해야 할 것입니다.
과학자들이 여전히 신진 대사의 기원에 대해서만 추측 할 수 있더라도,이 새로운 결과는 연구자들이 올바른 질문을한다면 답변에 도달 할 수 있다는 희망을 제공합니다. 그렇기 때문에 Krishnamurthy는 종종 분야의 가장 큰 개척자 중 하나 인 생화학 자 레슬리 오르겔 (Leslie Orgel)의 발언을 인용함으로써 삶의 기원에 대한 이야기를 종종 끝내고 있다고 말합니다. Orgel은“이 문제에 대한 해결책을 알고 있다고 생각하는 사람은 누구나 대담합니다. "그러나 이것이 불용성 문제라고 생각하는 사람은 누구나 대담합니다."
.편집자 주 :Krishnamurthy와 Mansy는 Simons Foundation에서 자금을 지원하는 Simons의 공동 작업과 제휴 하여이 에 자금을 지원합니다. 편집자 독립 잡지.
이 기사는 Le Scienze 에서 이탈리아어로 재 인쇄되었습니다 .
