人類(lèi)對生命起源的探問(wèn)從未停止過(guò)。第一個(gè)活細胞是怎樣出現的？早期的原細胞又是如何發(fā)展出細胞所必需的結構膜，從而得以繁衍并組裝成復雜的有機體？
加州大學(xué)圣地亞哥分?；瘜W(xué)與生物化學(xué)系教授Neal Devaraj領(lǐng)導的研究團隊揭示了一個(gè)可能的解釋?zhuān)@項研究發(fā)表在《Nature Chemistry》期刊上。
地球上的生命需要脂質(zhì)膜——負責包裹細胞內部機制并作為許多生物反應支架的結構。脂質(zhì)是由長(cháng)鏈脂肪酸形成的，但在復雜生命出現之前，這些最初的細胞膜是如何由幾十億年前地球上存在的簡(jiǎn)單分子形成的？
科學(xué)家們認為，含有少于10個(gè)碳-碳鍵的短鏈脂肪分子在早期地球上十分豐富。然而，形成容納細胞復雜機制的囊泡則需要具備較長(cháng)鏈長(cháng)度的分子，而復雜的脂肪鏈可以有幾乎兩倍的鍵。
雖然有些簡(jiǎn)單的脂肪分子可能自行形成脂質(zhì)隔間，但在沒(méi)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(shí)期的地球上可能并不存在——當時(shí)的地球條件可能適宜生命存在，但生命尚未出現。
“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(jiàn)慣的，”Devaraj說(shuō)道，他也是 Murray Goodman化學(xué)和生物化學(xué)教授。“但在四十多億年前，是沒(méi)有酶的。然而，這些第一個(gè)原細胞結構卻還是形成了。這是怎么做到的？這就是我們想要回答的問(wèn)題。”
為了揭示這些第一個(gè)脂質(zhì)膜的形成，Devaraj的研究團隊從兩種簡(jiǎn)單的分子開(kāi)始：一種名為半胱氨酸的氨基酸和一種短鏈膽堿硫酯，這類(lèi)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(shí)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，形成脂質(zhì)，生成類(lèi)似原細胞的膜囊泡，這些囊泡穩定到足以維持生化反應。這在催化劑的作用下發(fā)生，所需濃度比沒(méi)有催化劑時(shí)要低。
“我們的一部分工作是試圖理解在沒(méi)有生命的情況下生命如何出現。物質(zhì)向生命的轉變是怎樣最初發(fā)生的？”Devaraj說(shuō)。“在這篇研究中，我們提供了一個(gè)可能發(fā)生的解釋。”
雜志：Nature Chemistry
DOI：10.1038/s41557-024-01666-y
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