생명의 기원: 최초의 세포막은 어떻게 존재하게 되었는가

지구상의 생명의 기원보다 인류를 사로잡은 질문은 거의 없습니다. 최초의 살아있는 세포는 어떻게 존재하게 되었을까요? 이 초기 원시세포는 세포가 번성하고 복잡한 유기체로 조립되는 데 필요한 구조적 막을 어떻게 개발했을까요?

캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스 화학 및 생화학 교수인 닐 데바라즈의 연구실에서 진행된 새로운 연구에서 두 개의 간단한 분자 사이의 반응과 관련된 그럴듯한 설명을 발견했습니다. 이 연구는 Nature Chemistry 에 게재되었습니다.

지구의 생명체는 지질막을 필요로 합니다. 지질막은 세포의 내부 역학을 수용하고 많은 생물학적 반응의 지지대 역할을 하는 세포의 구조입니다. 지질은 긴 지방산 사슬로 만들어졌지만 복잡한 생명체가 존재하기 전에 수십억 년 전 지구에 존재했던 간단한 분자에서 어떻게 이러한 최초의 세포막이 형성되었을까요?

과학자들은 10개 미만의 탄소-탄소 결합을 가진 짧은 지방 사슬의 단순 분자(복잡한 지방 사슬은 거의 두 배의 결합을 가질 수 있음)가 초기 지구에 풍부했다고 믿습니다. 그러나 더 긴 사슬 길이의 분자는 세포의 복잡한 기계를 수용하는 구획인 소포를 형성하는 데 필요합니다.

일부 간단한 지방 분자가 스스로 지질 구획을 형성하는 것이 가능했을 수도 있지만, 그런 분자는 아마도 생명이 탄생하기 전 지구에는 존재하지 않았을 매우 높은 농도로 필요했을 것입니다. 즉, 지구상에는 생명체가 살기에 적합한 환경이 있었지만 아직 그런 환경은 존재하지 않았습니다.

"표면적으로 보면 지질 생성은 항상 효소가 있는 상태에서 일어나기 때문에 참신하지 않을 수도 있습니다." 화학 및 생화학 분야의 Murray Goodman Endowed Chair이기도 한 Devaraj가 말했습니다. "하지만 40억 년 전에는 효소가 없었습니다. 그런데 어떻게 이런 최초의 원시세포 구조가 형성되었을까요? 어떻게? 그것이 우리가 답하려고 했던 질문입니다."

이러한 최초의 지질막에 대한 설명을 밝히기 위해 데바라즈의 팀은 두 가지 간단한 분자, 즉 시스테인이라는 아미노산과 지방산의 생화학적 형성과 분해에 관여하는 분자와 유사한 짧은 사슬 콜린 티오에스테르부터 시작했습니다.

연구자들은 음전하를 띤 실리카가 양전하를 띤 티오에스터에 끌리기 때문에 실리카 유리를 미네랄 촉매로 사용했습니다. 실리카 표면에서 시스테인과 티오에스터는 자발적으로 반응하여 지질을 형성하여 생화학 반응을 지속할 만큼 안정적인 프로토셀과 같은 막 소포를 생성했습니다. 이는 촉매가 없는 경우 필요한 것보다 낮은 농도에서 발생했습니다.

"우리가 하는 작업의 일부는 생명이 없는 상태에서 어떻게 생명이 출현할 수 있는지 이해하려는 것입니다. 물질에서 생명으로의 전환은 처음에 어떻게 일어났을까요?" 데바라즈가 말했습니다. "여기서 우리는 무슨 일이 일어났을지에 대한 가능한 설명을 하나 제공했습니다."

전체 저자 목록: Christy J. Cho, 태양 안, Alessandro Fracassi, Roberto J. Brea 및 Neal K. Devaraj(모두 UC San Diego); Yei-Chen Lai, Alberto Vázquez-Salazar 및 Irene A. Chen(모두 UCLA).

이 연구는 부분적으로 미국 국립과학재단(EF-1935372)과 미국 국립보건원(R35-GM141939)의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241113123534.htm