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Forse identificata la sostanza che potrebbe aver innescato la vita sulla Terra

Un rendering al computer del peptide Nickelback mostra gli atomi di azoto della spina dorsale (blu) che legano due atomi di nichel critici (arancione). Gli scienziati che hanno identificato questa parte di una proteina ritengono che possa fornire indizi per rilevare pianeti in procinto di produrre vita. Credito: il laboratorio Nanda

Un rendering al computer del peptide Nickelback mostra gli atomi di azoto della spina dorsale (blu) che legano due atomi di nichel critici (arancione). Gli scienziati che hanno identificato questa parte di una proteina ritengono che possa fornire indizi per rilevare pianeti in procinto di produrre vita. Credito: il laboratorio Nanda

Un team di scienziati della Rutgers dedicato a individuare le origini primordiali del metabolismo, un insieme di reazioni chimiche fondamentali che per prime hanno alimentato la vita sulla Terra, ha identificato parte di una proteina che potrebbe fornire agli scienziati indizi per rilevare i pianeti sul punto di produrre la vita.

La ricerca, pubblicata su Science Advances , ha importanti implicazioni nella ricerca della vita extraterrestre perché offre ai ricercatori un nuovo indizio da cercare, ha affermato Vikas Nanda, ricercatore presso il Center for Advanced Biotechnology and Medicine (CABM) di Rutgers.

Sulla base di studi di laboratorio, gli scienziati di Rutgers affermano che uno dei candidati chimici più probabili che ha dato il via alla vita era un semplice peptide con due atomi di nichel che chiamano “Nickelback” non perché abbia qualcosa a che fare con la rock band canadese, ma perché la sua spina dorsale è l’azoto gli atomi legano due atomi critici di nichel. Un peptide è un costituente di una proteina costituita da pochi blocchi elementari noti come amminoacidi .

“Gli scienziati ritengono che tra 3,5 e 3,8 miliardi di anni fa ci sia stato un punto di svolta, qualcosa che ha dato il via al cambiamento dalla chimica prebiotica – le molecole prima della vita – ai sistemi viventi e biologici “, ha detto Nanda. “Riteniamo che il cambiamento sia stato innescato da alcune piccole proteine ​​precursori che hanno eseguito passaggi chiave in un’antica reazione metabolica. E pensiamo di aver trovato uno di questi ‘peptidi pionieri'”.

Gli scienziati che conducono lo studio fanno parte di un team guidato da Rutgers chiamato Evolution of Nanomachines in Geospheres and Microbial Ancestors (ENIGMA), che fa parte del programma Astrobiology della NASA. I ricercatori stanno cercando di capire come le proteine ​​si siano evolute per diventare il catalizzatore predominante della vita sulla Terra.

Struttura del modello di NB e confronto con enzimi naturali. [Ni-Fe] idrogenasi (a sinistra) (ID PDB: 5XLE) e ACS (a destra) (ID PDB: 1RU3) sono proteine ​​grandi e complesse con siti di-metallo attivi coordinati da alcuni ligandi. La struttura del modello di NB (al centro) combina elementi di entrambi i siti attivi in ​​un polipeptide di 13 residui. Credito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq1990

Struttura del modello di NB e confronto con enzimi naturali. [Ni-Fe] idrogenasi (a sinistra) (ID PDB: 5XLE) e ACS (a destra) (ID PDB: 1RU3) sono proteine ​​grandi e complesse con siti di-metallo attivi coordinati da alcuni ligandi. La struttura del modello di NB (al centro) combina elementi di entrambi i siti attivi in ​​un polipeptide di 13 residui. Credito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq1990

Quando perlustrano l’universo con telescopi e sonde alla ricerca di segni di vita passata, presente o emergente, gli scienziati della NASA cercano specifiche “biofirme” note per essere foriere di vita. I peptidi come il nickelback potrebbero diventare l’ultima firma biologica impiegata dalla NASA per rilevare i pianeti sul punto di produrre vita, ha detto Nanda.

Una sostanza chimica stimolante originale, hanno ragionato i ricercatori, dovrebbe essere abbastanza semplice da potersi assemblare spontaneamente in una zuppa prebiotica. Ma dovrebbe essere sufficientemente attivo chimicamente per possedere il potenziale per prendere energia dall’ambiente per guidare un processo biochimico.

Per fare ciò, i ricercatori hanno adottato un approccio “riduzionista”: hanno iniziato esaminando le proteine ​​contemporanee esistenti note per essere associate ai processi metabolici. Sapendo che le proteine ​​erano troppo complesse per essere emerse presto, le hanno ridotte alla loro struttura di base.

Dopo sequenze di esperimenti, i ricercatori hanno concluso che il miglior candidato era Nickelback. Il peptide è composto da 13 aminoacidi e lega due ioni di nichel.

Il nichel, ragionavano, era un metallo abbondante nei primi oceani. Quando sono legati al peptide, gli atomi di nichel diventano potenti catalizzatori, attirando ulteriori protoni ed elettroni e producendo idrogeno gassoso. L’idrogeno, ragionavano i ricercatori, era anche più abbondante sulla Terra primordiale e sarebbe stato una fonte di energia fondamentale per alimentare il metabolismo.

“Questo è importante perché, mentre ci sono molte teorie sulle origini della vita, ci sono pochissimi test di laboratorio reali di queste idee”, ha detto Nanda. “Questo lavoro dimostra che non solo sono possibili semplici enzimi metabolici proteici , ma che sono molto stabili e molto attivi, rendendoli un punto di partenza plausibile per la vita”.

More information: Jennifer Timm et al, Design of a Minimal di-Nickel Hydrogenase Peptide, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq1990. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1990

 

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