早期生物是RNA蛋白质的混合物?《Nature》发表新证据

【字体: 时间:2022年05月13日 来源:nature

编辑推荐:

  连接氨基酸的结构表明,早期的生物体可能是基于RNA和蛋白质的混合物。

  


化学家表示,他们已经解决了生命起源理论中的一个关键问题,他们证明了RNA分子可以将氨基酸短链连接在一起。

这项发现发表在5月11日的《自然》杂志上,支持了“RNA世界”假说的一种变体,该假说提出,在DNA及其编码的蛋白质进化之前,第一批生物体是基于RNA链的,RNA链是一种既能存储遗传信息(如核苷A、C、G和U的序列),又能作为化学反应的催化剂的分子。

德国海因里希海因大学杜塞尔多夫分校研究分子进化的比尔·马丁说,这一发现“为早期化学进化开辟了广阔的、根本上全新的探索途径”。

生物学家是如何从零开始创造出类似生命的细胞的

标准理论认为,在RNA世界中,生命可能以复杂的原RNA链存在,既能复制自身,又能与其他链竞争。后来,这些“RNA酶”可能已经进化出构建蛋白质的能力,并最终将其遗传信息转移到更稳定的DNA中。这究竟是如何发生的是一个悬而未决的问题,部分原因是单独由RNA制成的催化剂的效率远远低于目前在所有活细胞中发现的基于蛋白质的酶。德国慕尼黑路德维希-马克西米兰大学的有机化学家托马斯·卡雷尔说:“虽然发现了[RNA]催化剂,但它们的催化能力很差。”。

核糖体

在研究这一难题时,卡雷尔和他的合作者受到了RNA在所有现代生物体如何构建蛋白质中所起作用的启发:编码基因的一条RNA链(通常从DNA碱基序列复制)通过一个称为核糖体的大分子机,核糖体一次构建相应的蛋白质一个氨基酸。

与大多数酶不同,核糖体本身不仅由蛋白质组成,还由RNA片段组成——这些片段在合成蛋白质中起着重要作用。此外,核糖体含有标准RNA核苷A、C、G和U的修饰版本。这些外来核苷长期以来被视为原始肉汤的可能残余。

卡雷尔的团队通过连接活细胞中常见的两段RNA,构建了一种合成RNA分子,其中包括两个这样的修饰核苷。在第一个奇异位点,合成的分子可以与一个氨基酸结合,然后氨基酸向一侧移动,与相邻的第二个奇异核苷结合。然后,研究小组分离了它们原来的RNA链,并引入了一条携带自身氨基酸的新RNA链。这是在正确的位置,以形成一个强大的共价键与氨基酸之前附加到第二股。这个过程一步一步地进行着,生长出一条短链的氨基酸——一种称为肽的小蛋白质——附着在RNA上。氨基酸之间形成键需要能量,研究人员通过溶液中的各种反应物激发氨基酸来提供能量。

古代蠕虫化石可以追溯到动物生命的起源

马丁说:“这是一个非常令人兴奋的过程,因为它不仅是一个基于RNA的新的碱基,而且是一个新的进化过程。”马丁补充说,研究结果表明,RNA在生命起源中起着重要作用,但不需要RNA单独自我复制。

亚特兰大佐治亚理工学院的生物物理化学家洛伦·威廉姆斯对此表示同意。他说:“如果RNA的起源和蛋白质的起源是联系在一起的,并且它们的出现不是独立的,那么数学就从根本上转向了RNA-蛋白质世界,而不是RNA世界。”。

为了证明这是一个看似合理的生命起源,科学家们必须进一步完成几个步骤。在团队的RNA上形成的肽是由氨基酸的随机序列组成的,而不是由储存在RNA中的信息决定的序列。卡雷尔说,更大的RNA结构可以有折叠成形状的部分,在特定的位置“识别”特定的氨基酸,从而产生一个确定的结构。RNA可能会变得更复杂,更具催化性。卡雷尔说:“如果分子可以复制,你就有了一个微型有机体。”


相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 生物通商城 | 人才市场 | 核心刊物 | 特价专栏 | 仪器云展台 | 免费试用 | 今日视角 | 新技术专栏 | 技术讲座 | 技术期刊 | 会展中心 | 中国科学人 | 正牌代理商

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号