RNA分子將短鏈氨基酸連接一起 探索早期化學(xué)進(jìn)化新途徑

5月11日，《自然》發(fā)表的最新研究稱(chēng)，化學(xué)家們已經(jīng)解決了生命起源理論中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，他們證明了RNA分子可以將短鏈氨基酸連接在一起。

德國杜塞爾多夫大學(xué)研究分子進(jìn)化的Bill Martin表示，這一發(fā)現為探索早期化學(xué)進(jìn)化開(kāi)辟了廣闊而根本的新途徑。

該研究支持在“RNA世界”假說(shuō)基礎上的另一種說(shuō)法，“RNA世界”假說(shuō)認為，在DNA及其編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)化之前，第一個(gè)生物體是基于RNA鏈的。標準理論認為，在“RNA世界”里，生命可能以復雜的原始RNA鏈形式存在，它們既能復制自己，又能與其他鏈競爭。后來(lái)，這些“RNA酶”可能進(jìn)化出了制造蛋白質(zhì)的能力，并最終將它們的遺傳信息轉化為更穩定的DNA。

但該過(guò)程是如何發(fā)生的仍舊是個(gè)問(wèn)題，部分原因是單由RNA組成的催化劑的效率遠遠低于今天在所有活細胞中發(fā)現的蛋白質(zhì)酶的效率。該研究通訊作者、德國慕尼黑大學(xué)有機化學(xué)家Thomas Carell認為，盡管發(fā)現了RNA催化劑，但它們的催化能力很差。

在研究這個(gè)難題時(shí)，研究人員受到RNA在所有現代生物體制造蛋白質(zhì)過(guò)程中所起作用的啟發(fā)：編碼基因的RNA鏈(通常是由DNA堿基序列復制而來(lái))通過(guò)核糖體，核糖體一次生成一個(gè)氨基酸，形成相應的蛋白質(zhì)。

與大多數酶不同，核糖體本身不僅由蛋白質(zhì)組成，還由RNA片段組成，這些片段在合成蛋白質(zhì)中起重要作用。此外，核糖體包含標準RNA核苷A、C、G、U的修飾版本。

研究人員通過(guò)連接活細胞中常見(jiàn)的兩段RNA，構建了一種合成RNA分子，其中包括兩種經(jīng)過(guò)修飾的核苷。在第一個(gè)特異核苷位點(diǎn)，合成分子可以與一個(gè)氨基酸結合，然后氨基酸側移與鄰近的第二個(gè)特異核苷結合。隨后，研究人員分離了原來(lái)的RNA鏈，并引入了一個(gè)新的RNA鏈，該RNA鏈攜帶自己的氨基酸，并與之前附著(zhù)在第二鏈上的氨基酸形成強共價(jià)鍵。

這個(gè)過(guò)程一步步地進(jìn)行，生成了一條短的氨基酸鏈，即迷你蛋白質(zhì)——肽，并附著(zhù)在RNA上。氨基酸間化學(xué)鍵的形成需要能量，研究人員通過(guò)在溶液中用各種反應物激發(fā)氨基酸來(lái)提供能量。

Martin表示，這是一個(gè)非常令人興奮的發(fā)現。“不僅因為它為基于RNA的肽的形成指明了一條新路徑，該發(fā)現還揭示了自然發(fā)生的RNA修飾堿基的新的進(jìn)化意義。”Martin補充說(shuō)，該結果表明RNA在生命起源中發(fā)揮了重要作用。

美國佐治亞理工學(xué)院生物物理化學(xué)家Loren Williams對此表示贊同，他認為，如果RNA的起源和蛋白質(zhì)的起源是聯(lián)系在一起的，而且它們的出現不是獨立的，那么這就會(huì )從根本上轉向支持“RNA -蛋白質(zhì)世界”，而遠離“RNA世界”。

為了證明這是一種合理的生命起源，科學(xué)家們必須進(jìn)一步完成幾個(gè)步驟。該團隊RNA上形成的肽是由氨基酸的隨機序列組成的，而不是由存儲在RNA中的信息決定的。Carell說(shuō)，更大的RNA結構可以折疊成在特定位置“識別”特定氨基酸的形狀，產(chǎn)生確定的結構。這些復雜的RNA-肽混合物可能具有催化性能，并受進(jìn)化壓力的影響，變得更有效率。Carell認為，如果分子可以復制，便會(huì )有類(lèi)似微型有機體產(chǎn)生。(作者：辛雨)

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關(guān)鍵詞： 短鏈氨基酸 化學(xué)進(jìn)化 遺傳信息 編碼基因