Molekül, Das Dem Ersten Leben Der Erde Einen Atemzug Gegeben Hat

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Durch die untersuchung der proteinfalten haben forscher ein enzym identifiziert, das für den dramatischen anstieg der sauerstoffmenge auf der erde entscheidend ist.

Die ersten Sauerstoffmoleküle der Erde, die zur Entwicklung des Lebens auf dem Planeten führten, könnten sich auf ein neu identifiziertes Enzym verlassen haben, berichteten Wissenschaftler diese Woche.

Vor rund 2,4 Milliarden Jahren erlebte der Planet einen gewaltigen Sauerstoffspiegel in der Luft. Wissenschaftler haben seit langem die Ansicht vertreten, dass dieser Sauerstoffanstieg, das sogenannte Great Oxygenation Event, an die Ankunft der ersten photosynthetischen Organismen gebunden war. (Sauerstoff ist ein Nebenprodukt der Photosynthese, bei dem aus Kohlendioxid Sonnenlicht in zuckerhaltige Nahrungsmittel umgewandelt wird.) Aber niemand wusste, warum diese Sauerstoff produzierenden Organismen überhaupt entstanden sind.

"Sauerstoff ist giftig, warum sollte ein lebender Organismus Sauerstoff erzeugen?" Der Hauptautor der Studie, Gustavo Caetano-Anollés, Biologe an der University of Illinois, sagte in einer Erklärung. "Etwas muss das ausgelöst haben."

Um dem Rätsel auf den Grund zu gehen, analysierten Caetano-Anollés und seine Kollegen Proteinfalten in fast 1.000 Organismen in allen Lebensbereichen. Eine Falte, erklärt Caetano-Anollés, ist eine strukturell und funktionell unterschiedliche Region eines Proteins, die normalerweise nicht durch Mutationen oder andere Veränderungen der Aminosäuren, aus denen das Protein besteht, beeinflusst wird. Aufgrund dieser Konsistenz sind Proteinfalten zuverlässige Marker für langfristige evolutionäre Muster.

Mit ihrer Analyse erstellten die Forscher eine Zeitleiste der Proteingeschichte, die sie mit verschiedenen mikrobiellen Fossilien kalibrierten. Sie fanden heraus, dass das älteste Verfahren auf Sauerstoffbasis die Produktion von Pyridoxal, der aktiven Form von Vitamin B6, beinhaltete, die für die Aktivität vieler Eiweißenzyme im Körper unerlässlich ist.

Wie haben antike Organismen das wesentliche Pyridoxal erhalten? Die Forscher datieren Pyridoxal auf etwa 2,9 Milliarden Jahre zurück, zur selben Zeit, als das Enzym Mangankatalase erschien.

Mangankatalyse zerlegt Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff. Früheren Organismen ist dieses Enzym möglicherweise begegnet, wenn sie versuchen, Wasserstoffperoxid aus der Umgebung zu verarbeiten, von dem einige Geochemiker glauben, dass es damals in den Gletschern der Erde reichlich vorhanden war und durch die Bombardierung der Sonnenstrahlung freigesetzt wurde. Die Organismen erhielten im Wesentlichen den Sauerstoff, den sie zur Herstellung von Pyridoxal benötigten, indem sie das Eisessigperoxid mit Mangankatalase abbauen.

Caetano-Anollés stellt fest, dass die Ergebnisse mit anderen kürzlich durchgeführten Studien übereinstimmen, die darauf schließen lassen, dass die Sauerstoffatmung 300 bis 400 Millionen Jahre vor dem großen Oxidationsereignis einsetzte. Das Timing funktioniert, weil die Sauerstoffproduktion wahrscheinlich lange vor der Sauerstoffspitze stattfand, sagte er.

Mit seiner Fähigkeit, Wasserstoffperoxid abzubauen und Sauerstoff zu erzeugen, ist die Mangankatase wahrscheinlich der "molekulare Schuldige für den Anstieg des Sauerstoffs auf dem Planeten", sagte Caetano-Anollés.

Die Studie wurde am 10. Januar in der Zeitschrift Structure veröffentlicht.


Videoergänzungsan: Was würde passieren, wenn die Erde für 5 Sekunden ohne Sauerstoff wäre?.




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