אנזימים מתכות וראשית החיים

מתכות נמצאות בחלבונים רבים, למה? ואיך זה קשור לראשית החיים?

במהלך התואר הראשון זכיתי להכיר מחקר מדהים שקשור לראשית החיים בכוכבנו. כפי שהוסבר לי, ברגע שיש תאים יש אבולוציה ואת זה יודעים להסביר אבל איך נוצרו התאים הראשונים?
והאמת, אפשר להסביר איך נוצרו התאים הראשונים אבל איך נוצר החומר התורשתי? הרי האבולוציה מתרחשת על ה-DNA. איך נוצר ה-DNA? איך נוצרת האבולוציה על ה-DNA?

אז מסתבר ש-DNA, או אבני הביניין שלו (נוקלאוטידים) מצויים אפילו בחלל איך זה הופך ל-DNA שמקודד למשהו? כאן נכנסו לתמונה פרופסור עקיבה בר-נון ופרופסור גדעון פלמינגר. הדוגמא אמרה כי אנזים מפרק סובסטראט והאנזים מקודד ע"י ה-DNA. החוקרים טענו כי האנזים יכול להיווצר ע"י הסובסטראט ללא קשר ל-DNA. למעשה הסובסטראט מקודד לאנזים.

בכדי לבדוק את התאוריה הזו, יצרו החוקרים תמיסה דומה ל"מרק הקדמון"  עם החומר ONPG שנותן צבע לאחר פרוק. למרבה הפלא נתגלה כי קצב פרוק ה-ONPG גבוהה יותר מהביקורת. הסתבר כי ONPG בתנאי המרק הקדמון אכן גרם ליצירת אנזים. זה היה אנזים זעיר שהורכב משתי חומצות אמינו ציסטאין ומולקולת ברזל. ובאמת, כשבוחנים חלבונים רואים שברבים מהם יש מתכות, אבץ בחלבונים קושרי DNA, ברזל בהמוגלובין, מנגן במערכת הפוטוסינטזה, מגנזיום בפולימראזות ואנזימי הגבלה. הסיבה לכך פשוטה, אנזימים הם חלבונים שמזרזים תגובות כימיות ובתגובות אלו אלקטרונים עוברים בין האטומים השונים. מתכות מוסרות אלקטרונים בקלות ולכן הגיוני שנשתמש בהן בגרעין הקטליטי של האנזים (אזור הפעולה).

כשמשווים חלבונים בעלי פעילות דומה בין יצורים שונים, ככל שהיצור קדום יותר שיעור האנזימים מבוססי מתכת גבוהה יותר. ניתן לומר כי האבולוציה גורמת להחלפת אטומי המתכת במבנים חלבוניים גדולים ויעילים יותר.

אבל איך כל זה קשור ליצירת החומר התורשתי והאפשרות לאבולוציה?
מסתבר כי חומצות אמינו מסויימות יכולות לחבר נוקלאוטידים ואלה בתורם יכולים לגרום ליצירת מקטעי פפטידים (מספר חומצות אמינו מחוברות) שיחברו נוקלאוטיטדים טוב יותר וכך אנו מקבלים DNA שמקודד לחלבון ואפשרות להתפתחות האבולוציה.