"원시 수프": 첫 번째 효소는 어떻게 생겼을까?
연구원들이 대사 반응의 기원을 조사하고 있다.

중요한 생체 촉매 :
연구원들이 오늘날 생명체의 신진대사에 필수적인 효소의 근원을 발견했다.
이 유형의 첫 번째 단백질은 단 두 개의 간단한 주름진 구조를 가질 수 있으며, 이러한 구조는 공동의 조상으로 되돌아가는 것처럼 보인다. 이 원시 펩타이드는 생명체의 "원시 수프primordial soup"에서 최초의 대사 효소일 수 있다.

▲ 가장 초기 대사 효소는 어떻게 생겼을까? 간단하게 접어진다. © Vikas Nanda / Rutgers University

생명체의 첫 발원이 어디서 어떻게 시작됐는지는 여전히 ​​수수께끼다.
연구원들은 뜨거운 늪, 온천 분화구 또는 해양 화산의 응고된 용암의 모공에서 생명의 요람이 있을 것이라고 추측한다.
생명체의 첫 번째 구성 요소를 형성한 생체 분자도 논쟁의 여지가 있다.
이론에 따르면, RNA 기반 생명체는 오늘날 지배적인 DNA 이전에 개발되었을 수 있다.
RNA는 구조에 대한 추가 효소가 필요하지 않기 때문이다.

그러나 어느 시점에서 이 유형의 첫 번째 단백질은 "primordial soup"에 나타났을 것이다.
"지구의 모든 생명체는 전자이동-반응에 의해 움직인다. 예를 들어, 생물가계도의 모든 신진대사에는 생물학적 산화 환원 반응이 공통적으로 일어나고 있으며, 이러한 반응은 효소에 의해 촉매 작용을 한다. 구체적으로, 이들 효소는 산화 환원 효소를 대표한다.

단백질 구조에 시선을 두다.

지구상의 생명에 매우 중요한 이 단백질의 기원과 진화적 발달에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 오늘날의 산화 환원 효소는 화학 구조적으로 매우 복잡하다.
연구진은 “이러한 단백질은 시간이 지남에 따라 점점 더 다양해진 작은 본래의 구조물 세트에서 발전되었다고 가정한다.”고 말한다. 어떻게 이런 일이 일어났을까?

라아나나(Raanana)와 동료들은 현재 단백질의 아미노산 서열을 살펴볼 뿐만 아니라 무엇보다도 3차원 폴딩 구조에 중점을 두었다. 이유는 이러한 구조는 시퀀스보다 빠르게 변하지 않으므로 훨씬 뒤쳐진 진화 과정을 재구성하는 데 더 적합하기 때문이다.

두 개의 초기 후보

비교 구조 분석과 모델 시뮬레이션을 통해 과학자들은 과거를 살펴봤다.
그들은 최초의 산화 환원 효소가 이론적으로 3.5~25억 년 전에 등장할 수 있는 기본 구성 요소를 재구성했다.

그들의 결과는 두 가지 간단한 구조적 요소가 이른 산화 페로독신폴드와 로스만폴드와 같은 초기 산화 환원 효소의 기초가 될 수 있음을 시사한다. 전자는 철-황 화합물에 결합하는 반면 단백질은 *로스만(Rossmann) 구조 도메인(DNA 및 RNA의 주성분)을 통해 뉴클레오티드에 결합한다.
    * 여러 가지 효소의 뉴클레오티드결합부위에 존재하는 것을 최초로 지적한 M. Rossmann의 이름을 따서

      로스만폴드(Rossmann Fold)라고 한다.

공통 조상

연구원들은 추가 평가를 통해 이 두 가지 구조적 요소가 공통 조상으로부터 발생했을 수 있다고 지적했다. 그렇다면 이 펩타이드는 생명의 첫 번째 대사 효소 중 하나일 수 있다. 라아나나와 그의 연구팀은 “우리는 대사의 초기 단계에 존재했을 것으로 의심되는 공통 조상을 이끌어 낸다”고 설명했다.

과학자들은 “이 원시 단백질은 전자 이동과 산화 환원 촉매 작용을 가능하도록 다른 단백질의 모집 및 다양화를 통한 복제를 발전시켰을 수 있다”고 말했다.

최초의 대사 단백질?

“우리는 지구에서 생명이 어떻게 시작되었는지 거의 알지 못한다. 이 연구를 통해 우리는 가장 초기의 대사 단백질에서 과거를 되돌아볼 수 있었다.”라고 Raanana의 동료 비카스 난다(Vikas Nanda)는 말한다. 연구원들은 “우리는 일어날 수 있는 일만 추론 할 수 있으며 실제로 일어난 일을 증명할 수는 없다”고 강조했다.

그들의 가설을 테스트하기 위해 다음 단계는 실험실에서 실험을 수행하는 것이다.
이들은 단순한 형태의 페로독신 및 로스만 주름을 가진 모델 단백질이 실제로 신진대사에 중요한 반응을 유발할 수 있는 지 여부를 보여주기 위한 것이다. 의심이 확인되면 다른 행성에서 생명을 찾는데도 흥미로울 것이다.

(PNAS, 2020; doi : 10.1073 / pnas. 1914982117)
출처 : Rutgers University 

[더사이언스플러스]

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