Как появились первые клеточные мембраны: новое исследование
Все известные формы жизни состоят из клеток, заключенных в липидные мембраны, которые разделяют и защищают содержимое клетки. Точный способ, которым первые формы жизни были разделены на отсеки, остается неясным. Некоторые модели предполагают, что одноцепочечные липиды, такие как жирные кислоты, играли роль в этом процессе. Однако мембраны, состоящие из более коротких алкильных цепей (≤C8), которые могли быть более распространены на ранней Земле, как правило, нестабильны.
Новое исследование лаборатории профессора Нила Девараджа в Калифорнийском университете в Сан-Диего предлагает возможное решение загадки того, как ранние формы жизни были разделены на отсеки. Ученые полагают, что короткие цепи жирных кислот (с менее чем десятью связями углерод-углерод) были в изобилии на пребиотической Земле. Тем не менее, для формирования стабильных везикул, необходимых для создания отсеков, подобных клеткам, необходимы более длинные цепи.
Хотя некоторые простые жирные молекулы могли образовывать липидные компартменты, для этого требовались очень высокие концентрации, которые, вероятно, отсутствовали на ранней Земле, когда жизнь еще не зародилась.
«На первый взгляд, это может показаться не новым, поскольку производство липидов все время происходит в присутствии ферментов. Но более четырех миллиардов лет назад ферментов не было. Тем не менее, каким-то образом образовались эти первые протоклеточные структуры. Как? Это вопрос, на который мы пытались ответить», — говорят ученые.
Чтобы исследовать, как могли образоваться первые липидные мембраны, ученые начали с изучения двух простых молекул: цистеина, аминокислоты, и короткоцепочечного тиоэфира холина, похожего на молекулы, участвующие в метаболизме жирных кислот.
Исследователи использовали кварцевое стекло в качестве катализатора, используя его отрицательно заряженную поверхность, которая притягивала положительно заряженный тиоэстер. На поверхности кремния молекулы цистеина и тиоэстеров спонтанно реагировали, образуя липиды, создавая мембранные везикулы, подобные протоклеткам.
Эти везикулы были достаточно стабильны, чтобы поддерживать биохимические реакции, и могли образовываться при более низких концентрациях, чем это было бы возможно без кремниевого катализатора.
«Часть нашей работы — это попытка понять, как жизнь может возникнуть в отсутствии жизни. Как изначально произошел этот переход от неживой материи к жизни?» — говорит Нил Деварадж. «Здесь мы дали одно из возможных объяснений того, что могло произойти».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemistry.