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2011-04-15 09:11:55 作者:阿尔拜 来源:化石网 浏览次数:520 文字大小【】【】【

摘要:蛋白质适应性表明地球早期生命处于高温强酸性环境中//化石网/阿尔拜 最新发现一组在四十亿年间适应海洋气温和酸度变化的古生物酶。该发现证实现代生命是从比现在温度高、酸性强的全球环境中进化而来的。文 ...

蛋白质适应性表明地球早期生命处于高温强酸性环境中//化石网/阿尔拜


    最新发现一组在四十亿年间适应海洋气温和酸度变化的古生物酶。该发现证实现代生命是从比现在温度高、酸性强的全球环境中进化而来的。文章发表在《自然结构与分子生物学》在线周刊上。
   

研究者正在讨论硫氧还蛋白基因家族的进化历史

图:研究者正在讨论硫氧还蛋白基因家族的进化历史

 

    该研究得到一组在较热较酸的远古环境下普遍存在于生命中的蛋白质,远古酶在高至32℃(58℉)的温度下仍呈现化学稳定性,比现在的硫氧还蛋白所能承受的温度要高。并且,这组早在几十亿年前的酶同时呈现出比现代蛋白更好的耐酸性。从而证实了四十亿年前到五亿年前的时间段中,地球环境是逐渐变冷并且酸性是逐渐降低的。


     通过使用“祖先序列重建”技术,研究者重建了七种古硫氧还蛋白酶,这些酶属于有四十亿年历史的古生菌、细菌和真核细胞。这些酶存在于当下几乎所有已发现的生物体中,并且是哺乳类不可或缺的组成部分。为了重建它们,研究者首先用已知的古生菌、细菌和真核细胞体内的两百多种硫氧还蛋白构建了一个系谱图,然后利用统计方法判断可能性最大的远古硫氧还蛋白酶的结构序列并重建它们。最终,他们合成了对应于这些硫氧还蛋白的基因,并用该基因在大肠杆菌体内合成了纯净的远古硫氧还蛋白酶。


     重建蛋白质可以帮助我们获取关于已灭绝的生物对气候、生态和生理改变的适应情况方面的有价值信息。这些信息无法从对化石的检验中获得。这些被合成的前寒武纪的酶用于研究地球环境条件(包括pH值和温度)是如何影响酶的进化和化学性能的。


     在得知这些重建的硫氧还蛋白酶的远古起源,并且了解到它们中的一些提前制造了大气中的氧气之后,我们猜测它们的接触化学反应可能很简单。但是我们发现硫氧还蛋白酶用一种复杂的化学混合物来提高反应效率,而不是用早期地球化学中的简单化合物。


     这项研究的结果表明三种距今42亿到35亿年,即最古老的硫氧还蛋白酶可以比当今的硫氧还蛋白酶在更低的pH环境下显示活性。在酸性条件下能显示很好的催化活性,而且它们可以在酸性较弱的环境下演化,保持高活性。


     远古蛋白在温度达到32℃时仍能保持稳定,高于现代蛋白。实验表明越古老的酶越表现出更好的高温适应性,证实原始硫氧还蛋白酶适应了远古海洋的变冷,和地质学记录的推断一致。


     此次研究也表明通过实验重建远古蛋白和单分子技术的灵敏性会成为探索地球生命起源和进化的有力工具。研究者们正使用同样的策略鉴定其他酶,从而对地球早期生命有更清楚的认识。他们同时把这些“工具”应用于应用生物学,在这门学科里,酶在很多工业过程中扮演重要的角色。//化石网/阿尔拜

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