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科学家提出RNA—蛋白质是生命世界起源


时间:2022-05-13  来源:  作者:  点击次数:


图片来源:Omikron/Science  Photo  Library

核糖体翻译的RNA链

根据2010年5月11日发表的一项新研究,化学家解决了生命起源理论中的一个关键问题,证明了RNA分子可以将短链氨基酸连接在一起。

德国杜塞尔多夫大学研究分子进化的比尔马丁(Bill Martin)表示,这一发现为探索早期化学进化开辟了一条广阔的新途径。

这项研究支持了另一种基于“RNA世界”假说的说法。“RNA世界”假说认为,在DNA及其编码的蛋白质进化之前,第一个生物体是基于RNA链的。根据该理论,在“RNA世界”中,生命可能以复杂的原始RNA链的形式存在,这些RNA链可以复制自己,并与其他链竞争。后来,这些“核糖核酸酶”可能进化出了制造蛋白质的能力,并最终将其遗传信息转化为更稳定的DNA。

但这一过程是如何发生的仍然是一个谜,部分原因是仅由RNA组成的催化剂的效率远远低于当今所有活细胞中发现的蛋白酶。这项研究的作者、慕尼黑大学的有机化学家托马斯卡雷尔(Thomas Carell)认为,尽管发现了RNA催化剂,但它们的催化能力仍然很差。

在研究这一难题时,研究人员受到了RNA在所有现代生物制造蛋白质过程中的作用的启发:编码基因的RNA链(通常是从DNA的碱基序列复制而来)通过核糖体产生一种氨基酸,形成相应的蛋白质。

与大多数酶不同,核糖体不仅由蛋白质组成,还包括RNA片段,RNA片段在蛋白质的合成中起着重要作用。此外,核糖体含有标准RNA核苷A、C、G和u的修饰形式。

研究人员通过连接活细胞中两个常见的RNA片段,构建了一个合成的RNA分子,包括两个修饰的核苷。在第一个特定的核苷位点,合成分子可以结合一个氨基酸,然后氨基酸向旁边移动,与相邻的第二个特定的核苷结合。随后,研究人员分离出原始RNA链,并引入新的RNA链,它携带自己的氨基酸,并与先前附着在第二条RNA链上的氨基酸形成强共价键。

这个过程是一步一步进行的,最后产生了一个短的氨基酸链,迷你蛋白——肽,并附着在RNA上。氨基酸之间化学键的形成需要能量,研究人员通过溶液中各种反应物激发氨基酸来提供能量。

马丁说,这是一个非常令人兴奋的发现。“不仅因为它为基于RNA的肽的形成指出了新的路径,而且揭示了天然存在的RNA修饰碱基的新的进化意义。”马丁补充说,研究结果表明,RNA在生命起源中发挥了重要作用。

佐治亚理工学院的生物物理学家Loren Williams同意这一观点。他认为,如果RNA的起源和蛋白质的起源是联系在一起的,它们的出现不是独立的,那么就从根本上支持了“RNA-蛋白质世界”,远离了“RNA世界”。

为了证明这是一个合理的生命起源,科学家必须进一步完成几个步骤。这个团队在RNA上形成的肽是由氨基酸随机序列组成的,而不是RNA中存储的信息。卡雷尔说,更大的RNA结构可以折叠成在特定位置“识别”特定氨基酸的形状,从而产生特定的结构。这些复杂的RNA肽混合物可能具有催化特性,并在进化压力的影响下变得更加有效。卡雷尔认为,如果分子可以复制,就会有类似微生物的生物。(辛宇)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04676-3


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