Аминокислоты могли стабилизировать мембраны первых клеток

Команда учёных обнаружила, что аминокислоты — строительные блоки белков — могут защищать мембраны от положительно заряженных ионов окружающей среды.

Статья, посвященная открытию, была опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Жизнь на Земле возникла около четырех млрд лет назад, когда в первичном бульоне из сложных органических соединений сформировались первые клетки. Мембраны первых протоклеток, вероятно, состояли из жирных кислот. Однако такие мембраны неустойчивы к высоким концентрациям солей, неизбежным в древнем океане. Следующей проблемой для первичных клеток стали ионы магния. Магний необходим, чтобы синтезировать молекулы РНК. Согласно теории РНК-мира, без этой молекулы не могло произойти зарождения жизни, какой мы ее знаем. Ранее команда исследователей из Вашингтонского университета уже показала, что мономеры РНК — нуклеотиды — способны прикрепляться к мембранам и защищать их от вредного воздействия ионов.

На этот раз та же команда предположила, что аминокислоты — мономеры белков — тоже могут стабилизировать мембраны. Чтобы проверить гипотезу, ученые создали компартменты, окруженные мембранами из молекул жирных кислот. Эффект десяти различных аминокислот на мембраны наблюдали с помощью пяти методик: флуоресцентной микроскопии, криоэлектронной микроскопии, ЯМР-спектроскопии, центробежной фильтрации и измерений мутности.

Эксперименты показали, что определенные аминокислоты связываются с мембранами и защищают их. Некоторые из аминокислот вызывали структурные изменения в мембранах, заставляя те сворачиваться в концентрические сферы — вроде слоев лука. Также аминокислоты могут стабилизировать мембраны за счет изменения концентрации. Последнее стало аргументом в пользу того, что первые клетки могли образоваться в неглубоких водоемах. Вода то прибывала, то испарялась, что создавало цикл низких и высоких концентраций аминокислот.

Аминокислоты и нуклеотиды РНК могли защищать мембраны от разрушения ионами. В таком случае мембраны служили бы местом совместной локализации этих молекул-предшественников. Следующей задачей исследовательской группы станет вопрос того, как мономеры объединились, чтобы сформировать молекулы белка и РНК.

Мой район