《细胞》：没有磷酸盐也能有生命 硫铁催化能量

顾汉现

作者：Daniel Segre

来源：《细胞》

发布时间：2017/3/20 14:15:20

没有磷酸盐也能有生命

图片来源：Daniel Segrè等

生命起源的一个大秘密是，在没有磷酸盐的早期地球上，磷酸盐如何成为遗传和细胞新陈代谢机制的基本建构模块。近日，刊登于《细胞》期刊的研究显示，科学家使用系统生物学方法解开了这个古老谜题，数据证据显示，远古生命可能并不依靠磷酸盐。相反，一种简单且数量丰富的分子促使硫基无磷新陈代谢的出现，最终形成了有能力支撑多种重要生物分子合成的生化反应网。

磷酸盐对所有现代生命形式都是必不可少的，从提供DNA主链到驱动细胞的能量源三磷酸腺苷（ATP），磷酸盐是关键的生物结构单元，而且，这种化学物质广泛参与了新陈代谢、生化反应。但科学家认为，在生命起源以前没有这种物质。于是，有人假设早期的代谢途径并不依赖磷酸盐，而矿物质表面的硫和铁被认为能完成催化和能量机能。

为了找到答案，美国波士顿大学的Daniel Segrè及同事，使用计算生物学系统构建了复杂新陈代谢网络的大型数据库，包含来自地球整个生物圈的所有已知的生化反应。然后，探索了所谓的“生物圈水平新陈代谢”，研究人员鉴定了在生命起源以前环境中可能发现的8个无磷化合物。

接下来，他们使用一种算法分析了这些分子如何反应，以形成新的代谢物。分析结果显示，一些简单化合物可能促进了不依赖磷酸盐的的代谢网络。该网络包括315个反应和260个代谢物，足以支撑主要生物分子的合成。而且，这种新网络富含铁—硫簇酶，支持了“铁硫世界假说”。他们还发现，硫酯可能会起到磷酸盐在现代生物化学中发挥的一些作用。

这些非实验证据并没有最终回答无磷生命起源问题。下一步，研究人员将继续使用该方法探索生命起源。（来源：科学网 唐一尘）

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30133-2

http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201732014152042643153.shtm

顾汉现

没有磷酸盐的古代代谢遗迹

约书亚·戈德福德， 海曼·哈特曼， 史密斯史密斯， 丹尼尔·塞格雷5 ，关于作者Daniel塞格雷对应信息通过电子邮件的作者丹尼尔·塞格雷“
5 主管联系人：DanielSegrè
在线发布：2017年3月2日
开放获取
DOI：http : //dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.02.001

强调
••我们在计算上测试古代新陈代谢没有磷酸盐的合理性
••生物圈级代谢中存在磷酸盐独立网络
••该网络显示益生元化学的标志，例如铁硫辅助因子
••这可能代表了早期硫酯驱动生物化学的“代谢化石”
概要
磷酸盐对于所有的生物系统都是至关重要的，作为遗传和代谢机制的基石。然而，鉴于地球化学可及性差，磷原子如何在原始地球上起着这些中心作用尚不清楚。我们使用系统生物学方法来探索替代假设，即在磷酸盐掺入之前可能出现代谢代谢。令人惊讶的是，我们确定了一种由简单的益生元化合物产生的与磷酸盐密切相关的核心代谢。该网络预计将支持广泛类别的关键生物分子的生物合成。其利用铁 - 硫簇的酶的富集，以及热力学瓶颈更容易被硫酯克服而不是磷酸盐偶联的事实表明，该网络可能构成早期无磷酸盐非酶生物化学的“代谢化石”。我们的结果证实并扩展了以前的建议，即推定的基于硫代酯的代谢可能早于磷酸盐和基于RNA的遗传系统的掺入。