Protein atau Asam amino, Mana yang Lebih dulu ada?

Sebuah studi yang terbit di Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Menjawab teka teki lama tentang kehidupan purba yang ber-evolusi dari molekul salah satunya adalah protein dan asam amino.

Protein modern terbuat dari 20 asam amino yang berbeda, semuanya penting untuk pembentukan protein, dan semuanya tersusun dalam bentuk polimer – molekul panjang seperti rantai di mana penempatan setiap asam amino sangat penting untuk fungsi protein.

Tetapi ada paradoks dalam berpikir tentang bagaimana protein paling awal muncul. Karena asam amino yang dibutuhkan untuk membuat protein itu sendiri diproduksi oleh protein lain- enzim. Ini semacam pertanyaan ayam dan telur dan hanya sebagian saja yang dijawab sampai sekarang.

Para ilmuwan percaya bahwa protein sejati pertama muncul dari segmen protein pendek yang disebut peptida. Peptida akan menjadi rekat lengket dari asam amino yang secara spontan dibuat dalam sup kimia purba; peptida pendek kemudian akan terikat satu sama lain, seiring waktu menghasilkan protein yang mampu melakukan beberapa jenis tindakan.

Difinisi

• Peptida adalah Molekul yang terbentuk daru dua atau lebih asam amino, menurut difinisi dari (wikipedia) jika ikatan asam amino dibawah 50 maka masih disebut peptida dan jika lebih maka disebut protein.
• Protein adalah senyawa organik kompleks yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan melaluo ikatan peptida.
• Asam amino adalah senyawa organik yang memiliki gugus fungsi karboksil (-COOH) dan amina (-NH2).

Generasi spontan asam amino telah dibuktikan pada tahun 1952, dalam percobaan terkenal oleh Miller dan Urey, di mana mereka mereplikasi kondisi yang diperkirakan ada di Bumi sebelum kehidupan dan menambahkan energi seperti itu yang bisa berasal dari petir atau gunung berapi. Menunjukkan asam amino terbentuk dalam kondisi yang tepat, tanpa bantuan dari enzim atau mekanisme lain dalam organisme hidup yang menunjukkan bahwa asam amino adalah “telur” yang mendahului enzim “ayam.”

Tawfik, yang berada di Departemen Ilmu Biomolekuler Institut, mengatakan bahwa semuanya baik-baik saja, “tetapi satu jenis asam amino yang penting telah hilang dari percobaan itu dan setiap percobaan yang terjadi setelahnya: asam amino seperti arginin dan lisin yang membawa muatan listrik positif. ” Asam amino ini sangat penting bagi protein modern, karena mereka berinteraksi dengan DNA dan RNA, yang keduanya membawa muatan negatif bersih. RNA saat ini dianggap sebagai molekul asli yang dapat membawa informasi dan membuat salinannya sendiri, sehingga kontak dengan asam amino bermuatan positif secara teori akan diperlukan untuk langkah-langkah lebih lanjut dalam pengembangan sel-sel hidup untuk terjadi.

Tetapi ada satu asam amino bermuatan positif yang muncul dalam percobaan Miller-Urey, asam amino yang disebut ornithine yang saat ini ditemukan sebagai langkah perantara dalam produksi arginin, tetapi tidak sendiri digunakan untuk membangun protein. Tim peneliti bertanya: Bagaimana jika ornithine adalah asam amino yang hilang dalam protein leluhur itu? Mereka merancang eksperimen asli untuk menguji hipotesis ini.

Para ilmuwan mulai dengan protein yang relatif sederhana dari keluarga yang berikatan dengan DNA dan RNA, menerapkan metode filogenetik untuk menyimpulkan urutan protein leluhur. Protein ini kaya muatan positif 14 dari 64 asam amino baik arginin atau lisin. Selanjutnya, mereka menciptakan protein sintetis di mana ornithine menggantikannya sebagai pembawa muatan positif.

Protein berbasis ornithine terikat dengan DNA, tetapi lemah. Namun, di laboratorium Metanis, para peneliti menemukan bahwa reaksi kimia sederhana dapat mengubah ornithine menjadi arginin. Dan reaksi-reaksi kimia ini terjadi di bawah kondisi-kondisi yang dianggap telah berlaku di Bumi pada saat protein pertama akan muncul. Karena semakin banyak ornithine dikonversi menjadi arginin, protein-protein itu semakin menyerupai protein modern, dan berikatan dengan DNA dengan cara yang lebih kuat dan lebih selektif.

Para ilmuwan juga menemukan bahwa di hadapan RNA, bahwa bentuk purba peptida terlibat dalam pemisahan fasa (seperti tetesan minyak dalam air) – suatu langkah yang kemudian dapat mengarah pada perakitan sendiri dan “departemenisasi.” Dan ini, kata Tawfik, menunjukkan bahwa protein seperti itu, bersama dengan RNA, dapat membentuk sel proto, dari mana sel-sel hidup sejati mungkin telah berevolusi.

Jurnal Refrensi:

• Liam M. Longo, Dragana Despotović, Orit Weil-Ktorza, Matthew J. Walker, Jagoda Jabłońska, Yael Fridmann-Sirkis, Gabriele Varani, Norman Metanis, Dan S. Tawfik. 2020. Primordial emergence of a nucleic acid-binding protein via phase separation and statistical ornithine-to-arginine conversion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 202001989 DOI: 10.1073/pnas.2001989117