In un passo importante durante la prima evoluzione della vita sulla Terra, la formazione dell'aminoacido cisteina ha fornito catalizzatori vitali, che ha permesso alle prime molecole proteiche di formarsi in acqua, secondo un nuovo studio dei ricercatori dell'UCL.

Tutte le proteine ​​sono costituite dagli stessi 20 amminoacidi. Uno di questi, cisteina, si presumeva che non fosse presente all'origine della vita. Nonostante la sua fondamentale importanza per tutta la vita di oggi, non era chiaro come la cisteina potesse essersi formata sulla Terra primordiale.

In un nuovo studio, pubblicato in Scienza , Gli scienziati dell'UCL hanno ricreato come si è formata la cisteina all'origine della vita. Inoltre, hanno osservato come, una volta formato, la cisteina catalizza la fusione dei peptidi nell'acqua, un passo fondamentale nel percorso verso gli enzimi proteici.

I ricercatori dell'UCL hanno creato la cisteina usando una chimica e sostanze chimiche molto semplici - acido cianidrico e idrogeno solforato - che probabilmente erano abbondanti sulla Terra primordiale. Il percorso che hanno scoperto ricorda da vicino il modo in cui la cisteina viene sintetizzata oggi negli organismi viventi, e i ricercatori ritengono che siano storicamente legati.

Lo studio ha anche scoperto che i residui di cisteina catalizzano la sintesi peptidica in acqua unendo brevi frammenti peptidici che il team aveva precedentemente trovato in uno studio pubblicato su Natura l'anno scorso.

L'autore senior, il professor Matthew Powner (UCL Chemistry), ha dichiarato:"I nostri risultati mostrano come la cisteina potrebbe essersi formata sulla Terra primordiale e come avrebbe potuto svolgere un ruolo fondamentale nell'evoluzione della sintesi proteica.

"Una volta formato, i catalizzatori a cisteina si comportano come "protoenzimi" per produrre peptidi nell'acqua. Questa robusta chimica potrebbe aver generato peptidi abbastanza a lungo da ripiegarsi in strutture simili a enzimi, che sarebbero i precursori degli enzimi proteici che sono fondamentali per tutti gli organismi viventi."

Il co-autore principale e ricercatore Dr. Saidul Islam (UCL Chemistry) ha dichiarato:"Abbiamo dimostrato che i nitrili possiedono l'energia intrinseca necessaria per formare legami peptidici nell'acqua. Questo è il modo più semplice per produrre peptidi che funziona con tutti i i 20 amminoacidi, il che rende tutto ancora più incredibile.

"È precisamente il tipo di semplice, eppure speciale, chimica che era essenziale per dare il via alla vita diversi miliardi di anni fa. Il nostro studio fornisce ulteriori prove che le molecole della vita discendono dalla chimica del nitrile sulla Terra primordiale".

Il co-autore Dr. Callum Foden, che ha completato il lavoro mentre un dottorato di ricerca. studente presso UCL, ha detto:"La sintesi dei peptidi che abbiamo scoperto è semplice, altamente selettivo e utilizza molecole che erano disponibili sulla Terra primordiale.

"Un singolo residuo di cisteina è sufficiente per produrre una robusta attività catalitica. È notevole che molecole così piccole possano svolgere una reazione (bio)chimica così importante, selettivamente in acqua, a pH neutro, e con rese così elevate."

Discutendo ulteriori implicazioni del loro studio, Il professor Powner ha dichiarato:"Abbiamo risolto un problema di vecchia data per l'origine della vita fornendo una soluzione semplice alla sintesi catalitica di peptidi in acqua. È importante sottolineare che i catalizzatori sono costruiti solo da amminoacidi della biologia. Capire come la cisteina avrebbe potuto controllare la formazione dei primi peptidi della Terra ha fatto sembrare un po' più breve il lungo percorso dalla chimica a un organismo vivente, e un po' meno scoraggiante.

"Il nostro studio suggerisce che la cisteina è stata introdotta per la prima volta nei peptidi della vita mediante la modifica della serina (un altro degli amminoacidi della vita). Ciò solleva ora importanti domande sull'evoluzione precoce e sulla codifica della sintesi dei peptidi. Si presume che la cisteina non sia stata presente per la prima volta nella vita. codice genetico, e questo si adatta perfettamente alle nostre osservazioni. I nostri risultati indicano che la serina codificata potrebbe fornire peptidi di cisteina, portando a un ruolo chiave per la cisteina nell'evoluzione anche prima che fosse assegnata al codice genetico della vita".