PNAS：生命源于蛋白获新证

　　

生物通报道：生命之初是先有蛋白还是先有RNA？佛罗里达州立大学医学院的结构生物学家，为生命源于蛋白的理论提供了新证据，有助于人们进一步理解地球上的生命起源过程。

人们普遍认为，在约四十亿年前的地球上可能存在着10种氨基酸。现在佛罗里达州立大学医学院的Michael Blaber教授领导了一项研究指出，这些氨基酸可以在高盐环境下形成可折叠的蛋白。而这些可折叠的蛋白，将能为地球上出现的首个生命提供代谢活性。文章发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

生命起源是无生命分子形成生命系统的过程。地球上的第一个生命应该是微观的，它必须能够进行自我复制，还要能适应当时的环境条件。“目前关于生命起源的普遍观点是，第一个生命源自高温环境中的RNA，”Blaber说。“而我们的数据显示，高盐环境下的蛋白可能才是生命之源。”

目前科学家们普遍接受的理论是“RNA起源”假说，即RNA是第一个生命分子。但Blaber的研究显示，简单化学过程所产生的氨基酸，能够形成复杂的可折叠蛋白，这为“蛋白起源”理论提供了支持。

此外，高温环境被普遍认为是生命起源的温床。“一般人们认为高盐环境需要生物去适应，不是生命的起源地，”Blaber说。“不过我们的研究显示，以蛋白为基础的生命起源需要高盐环境。”

蛋白要能够执行功能支持生命，就必须折叠成为特定的结构。蛋白通过折叠形成球状，由此与其他蛋白相互作用，执行特殊的化学反应。在此基础上，生命才能够适应和利用给定环境。Blaber指出，在生命起源之初，蛋白需要适应周围的环境，也就是说它们必须能够折叠。

现在，我们体内的蛋白由二十种通用氨基酸组成。其中十种氨基酸生成于生物合成途径，而另外十种可以直接由化学反应合成。这些来自于化学反应的氨基酸，不依赖于生物合成途径（或生命系统），因此也被称为prebiotic氨基酸。在生物合成途径出现之前，蛋白可以由这些prebiotic氨基酸组成。

研究人员使用特殊技术（top-down symmetric deconstruction），希望用十种prebiotic氨基酸组成特定的短肽，并通过短肽自发装配成为可折叠的复杂蛋白结构。最后，他们成功用十二个氨基酸合成了可折叠的蛋白，这些蛋白呈酸性，且需要高盐环境来进行折叠。

Blaber指出，在生命起源的过程中，高盐环境和蛋白形成可能很重要，而这项研究使它们重新回到了相关领域的舞台中心。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Simplified protein design biased for prebiotic amino acids yields a foldable, halophilic protein

A compendium of different types of abiotic chemical syntheses identifies a consensus set of 10 “prebiotic” α-amino acids. Before the emergence of biosynthetic pathways, this set is the most plausible resource for protein formation (i.e., proteogenesis) within the overall process of abiogenesis. An essential unsolved question regarding this prebiotic set is whether it defines a “foldable set”—that is, does it contain sufficient chemical information to permit cooperatively folding polypeptides? If so, what (if any) characteristic properties might such polypeptides exhibit? To investigate these questions, two “primitive” versions of an extant protein fold (the β-trefoil) were produced by top-down symmetric deconstruction, resulting in a reduced alphabet size of 12 or 13 amino acids and a percentage of prebiotic amino acids approaching 80%. These proteins show a substantial acidification of pI and require high salt concentrations for cooperative folding. The results suggest that the prebiotic amino acids do comprise a foldable set within the halophile environment.