Forscher finden wichtige Grundlage für die Entstehung des Lebens

Proteine sind die grundlegenden Bausteine des Lebens. Hergestellt werden sie allerdings in komplexen Zellmaschinen wie Ribosomen. Forscher haben nun aber herausgefunden, wie sich die ersten Proteine ohne diese Helfer entwickelt haben.

Protein-Synthese ohne Ribosomen

Die Entstehung des Lebens hängt davon ab, dass erste Proteine auch ohne Zutun der heutigen Zell-Maschinen entstehen konnten. Die Forschungsarbeit von Chemikern des University College London (UCL) liefert dafür eine überraschend einfache Lösung.

Das Team um Professor Matthew Powner beschreibt im Fachjournal Nature eine wasserfreundliche Reaktion, die Aminosäuren - die Grundbausteine von Proteinen - mit RNA verbindet. RNA ist nicht nur Speicher genetischer Informationen, sondern kann auch chemische Reaktionen katalysieren. Entscheidend: Die Kopplung gelingt ohne Enzyme, allein durch leicht verfügbare Schwefelverbindungen.


Die Forscher nutzten sogenannte Thioester, energiereiche Moleküle, die auch in heutigen Zellen viele Reaktionen antreiben. Unter milden Bedingungen im Wasser banden die aktivierten Aminosäuren gezielt an das Ende von RNA-Doppelsträngen. Damit wurde zufällige Chemie vermieden, und die Ausbeute war hoch - in manchen Fällen lag die Bindungsrate bei über 70 Prozent.

In einem zweiten Schritt gelang es den Wissenschaftlern, die gekoppelten Aminosäuren zu kurzen Ketten zu verbinden, sogenannten Peptiden. Diese sind die unmittelbaren Vorläufer von Proteinen. Die gesamte Reaktionskette verlief dabei in neutralem Wasser, unter Bedingungen also, wie sie in kleinen Teichen, an Küsten oder sogar in gefrorenen Salzlake-Pfützen der frühen Erde plausibel gewesen wären.

Henne-oder-Ei-Problem entschärft

"Bahnbrechend ist, dass wir zeigen konnten, wie ein Thioester - ein Molekültyp, der von Coenzym A stammt und in allen lebenden Zellen vorkommt - Aminosäuren mit RNA verknüpfen kann", erklärt Studienmitautorin Jyoti Singh. Damit entstehe erstmals eine direkte Verbindung zwischen Energiechemie, genetischem Code und Eiweißsynthese.

Die Entdeckung könnte helfen, das klassische Henne-oder-Ei-Problem der Biochemie zu entschärfen: Proteine werden heute mithilfe von Ribosomen und RNA hergestellt - doch beide benötigen sich gegenseitig, um entstehen zu können. Das nun vorgestellte Szenario zeigt, wie RNA auch ohne Proteine Aminosäuren verarbeiten und zu Ketten verlängern konnte. Damit eröffnet sich eine mögliche Brücke von einfacher Chemie zur ersten Biologie - ein entscheidender Schritt auf dem Weg zum Verständnis, wie Leben auf der Erde seinen Anfang nahm.


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