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城市环境研究所在化学反应网络产生自催化多肽的研究方面取得进展
徐耀阳研究组 | 2022-03-24| 【 】【打印】【关闭

  生命化学被认为是一个具有自催化能力的化学反应网络,该网络涉及六大关键元素:碳、氢、氧、氮、硫、磷的耦合转化。在原始缺磷的环境下可能存在一个包含碳、氢、氧、氮、硫的化学反应网络,该反应网络推动了原始代谢网络的产生与发展,促使早期地球从地球化学向生物化学演化。 

  本研究发现HCO3-SO32-/SO42-以及NH4+在温和水热条件下可通过亚硫酸盐/硫酸盐还原耦合厌氧氨氧化(Sammox)驱动生成多肽。生成的多肽由15种蛋白质氨基酸组成,这些多肽为Sammox驱动的化学反应网络提供了自催化功能。在可变的温度范围和固定温度下,多肽在亚硫酸盐驱动的Sammox体系以及硫酸盐驱动的Sammox体系中表现出相反的催化作用,从而表现出跷跷板式的催化特性。这一特性使Sammox驱动的化学反应网络在任何时候都具备合成和分解反应,其可优先破坏无功能的肽段,保留具有高底物特异性或(和)新功能的肽段,这一特点对该化学反应网络实现可持续性与进化至关重要。此外,亚硫酸盐驱动的Sammox化学反应网络生成的多肽还可以催化Sammox和厌氧氨氧化(Anammox)反应。本研究推测在温和的水热条件下,Sammox驱动的包含HCO3-SO32-/SO42-以及NH4+的化学反应网络是驱动生命起源的关键;SammoxAnammox是比较原始的微生物产能代谢途径。

   研究成果于202239日以A thermodynamic chemical reaction network drove autocatalytic prebiotic peptides formation为题发表在国际期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上,中国科学院城市环境所鲍鹏副研究员为通讯作者,该研究得到国家自然科学基金(42077287, 41571240)以及宁波市公益项目(202002N3101)的资助。 

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图1. 非平衡热力学环境中,Sammox驱动碳、氢、氧、氮、硫耦合转化产生稳态的概念模型,x=3,4

图2. Sammox驱动的化学反应网络中,多肽的产生及其催化特性示意图。

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