生命的乐高积木:原始蛋白质揭开面纱

罗格斯大学(Rutgers University)的科学家破译了被称为“生命乐高积木”的四个有机积木的结构。这些结构让我们得以一窥数十亿年前原始蛋白质的样子，但也可能对现代工业产生影响。

这项研究的作者，由Vikas Nanda副教授领导，想要回顾过去，看看蛋白质在生命起源附近的样子。

“蛋白质在早期的一个基本用途是利用地质圈中丰富的电化学能量，”南达说。“例如，在深海热液事件中，与氧化性更强的海洋相比，喷口的内容物非常减少(富含电子)。因此，有一个电势-电压-发生在这样的通风口的位置。在海洋和大气之间以及其他界面上也存在类似的电压。我们和其他人认为，最早的蛋白质利用这种潜力催化对生命至关重要的反应。”

让蛋白质穿越时间

Nanda和他的同事们开始使用来自RCSB蛋白质数据库的3D数据来寻找这些古老的蛋白质，RCSB蛋白质数据库是一个全球档案，包含了近140,000个生物大分子的3D结构，以原子级的细节呈现。罗格斯大学罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学和分子生物学系的南达说:“我们没有40亿年前蛋白质的化石记录，所以我们必须利用我们今天拥有的东西，开始往回走，试图想象这些蛋白质是什么样子。”

现代蛋白质在很大程度上利用了蛋白质结构中的金属中心，研究小组以此为起点缩小了RCSB的结构宝库。Nanda解释说:“我们在PDB中识别了所有的金属结合蛋白，然后分离了金属周围原子的座标。”“利用结构比较工具，我们观察了这些金属微环境，并将它们聚成结构相似的组。”

该分析确定了四种类型的金属位点，这些金属位点在广泛不同的现代蛋白质中重复使用，将它们确定为祖先“乐高”，这可能是最接近原始蛋白质的。这些结构经过数百万年的进化，变成了现代的蛋白质。那么，这些古代建筑是什么样子的呢?

“一个‘乐高’代表围绕单一金属的一组氨基酸(50-100个残基)。这包括结合金属的氨基酸以及调节金属氧化还原电位的第二层邻居，”Nanda解释道。“这项研究是我们第一次能够把含有数千种氨基酸的东西分解成可能有原始起源的合理块。”

分子工程的关键?

这些古老的结构可能也与现代世界有关，数千年来，进化过程将它们构建成现代蛋白质，为寻求复制蛋白质的工业技术提供了线索。

“分子进化研究的另一面是分子工程，”南达说。我们可以利用从研究天然蛋白质如何构建电路中获得的规则，开始设计我们自己的纳米级组件——晶体管、二极管、电线——并将它们组装成生物电子设备。”

除了这些直接实用的属性外，这些发现还为我们打开了一扇窗，让我们了解到生命最基本的时候，人类从何而来。Nanda解释说:“我们认为现代蛋白质组和像PDB这样的数据库可以用来回顾数十亿年的进化时间，看看最早的蛋白质是什么样子的。”

“乐高玩具”尚未解码?

这四种结构可能只是最初几个被揭开面纱的祖先。南达希望未来的研究能再挖掘出5到10个“乐高积木”。即便如此，确定它们的结构只是第一个障碍。“现在我们需要了解如何将这些部分组合在一起，以制造更有趣的功能分子，”南达说。“这是下一个重大挑战。”

这篇文章是根据在罗格斯大学．