Вчені отримали пептид Nickelback, який складається всього з 13 амінокислот, але здатний каталізувати окислення водню. Можливо, що саме такі прості, але ефективні прото-ферменти забезпечували енергією перші по-справжньому живі організми на Землі.
©Pierangelo Gobbo, Pavan Kumar, University of Bristol
На самому базовому рівні будь-який організм являє собою відокремлену від навколишнього простору область, в якій протікають процеси обміну речовин. Саме з таких протоклітин більше трьох з половиною мільярдів років тому почалося життя на Землі. Зрозуміло, вони були вкрай примітивні, проте могли проводити ключові метаболічні реакції, які забезпечували їх енергією, можливостями розмножуватися і тому подібним.
Вважається, що однією з таких реакцій було окислення водню. На молодій Землі його було куди більше, ніж сьогодні, і він цілком міг служити джерелом енергії для новонародженої життя. Деякі бактерії та археї використовують водень для цієї мети і сьогодні, окислюючи його за допомогою кисню, сульфату, вуглекислого газу та інших відповідних речовин. Такі реакції каталізують ферменти гідрогенази.
Швидше за все, молекули — попередниці гідрогеназ були і у найперших протоклітинами. Але якщо у сучасних мікробів це — великі, складно влаштовані білки, що містять сотні амінокислот і різні кофактори, то на зорі життя вони були влаштовані набагато простіше. Визначити таку “мінімальну гідрогеназу” вдалося команді вчених з Ратгерського університету. Їх стаття опублікована в журналі Science Advances.
Схема пептиду Nickelback: ланцюг амінокислот показаний зеленим, атоми азоту синім, нікель — оранжевим / ©Nanda Laboratory, Rutgers University
Лабораторія Вікаса Нанди (Vikas Nanda) — ключовий майданчик для масштабного дослідницького проекту ENIGMA, учасники якого намагаються визначити «мінімальний набір мінімальних білків», які можуть забезпечити перехід від пребіотичних реакцій до справжньої біології і появи життя. Щоб знайти таку гідрогеназу, вчені проаналізували структури існуючих сьогодні ферментів і провели комп’ютерне моделювання, позбавивши їх «від усього зайвого».
В результаті вони отримали короткий пептид, що містить всього 13 амінокислотних залишків і два скоординованих з ними атома нікелю. Автори назвали цю молекулу Nickelback. Лабораторні експерименти показали, що такі пептиди здатні спонтанно збиратися в відповідних умовах, залишаються стабільними і виявляють каталітичну активність в окисленні водню. Можливо, що саме від подібних примітивних молекул відбулися складні, багатоскладові білки сучасних організмів. Але на перших порах Молоде життя покладалася саме на них.