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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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[交流]
最初的蛋白質(zhì)是怎么出現(xiàn)的？科學(xué)家破解生命起源悖論 已有1人參與
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·生命的第一縷火花或許就蘊(yùn)藏在這種看似簡(jiǎn)單的化學(xué)必然性之中。 蛋白質(zhì)是生命功能的主要執(zhí)行者，幾乎所有細(xì)胞都依賴(lài)它們。而蛋白質(zhì)的“組裝說(shuō)明書(shū)”則儲(chǔ)存在DNA中，由RNA負(fù)責(zé)“抄寫(xiě)”和“送達(dá)”，最終在細(xì)胞的“工廠”核糖體生產(chǎn)出來(lái)。這就產(chǎn)生了一個(gè)“先有雞還是先有蛋”的問(wèn)題：在生命誕生的最初，沒(méi)有細(xì)胞、沒(méi)有核糖體，甚至沒(méi)有酶，蛋白質(zhì)是怎么出現(xiàn)的？ 近日，英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）化學(xué)家馬修·波納（Matthew Powner）團(tuán)隊(duì)在《自然》（Nature）發(fā)表研究，首次在接近原始地球條件的水環(huán)境中，讓RNA與氨基酸通過(guò)自發(fā)化學(xué)反應(yīng)結(jié)合起來(lái)，形成了通向蛋白質(zhì)合成的關(guān)鍵中間體。 他們發(fā)現(xiàn)，這一過(guò)程并不需要現(xiàn)代生命的復(fù)雜酶系統(tǒng)，而是由一種可能廣泛存在于早期地球的小分子——硫醇（thiol） 來(lái)完成。 氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本原料。在現(xiàn)代細(xì)胞中，RNA與氨基酸的結(jié)合由氨酰tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）合成酶精確操作，這一步叫“RNA氨�；薄＿@種酶就像一個(gè)極其嚴(yán)格的倉(cāng)庫(kù)管理員，確保每個(gè)tRNA“搬運(yùn)工”都領(lǐng)到了與自己“訂單”（遺傳密碼子識(shí)別區(qū)）完全匹配的“貨物”（氨基酸）。一旦連接完成，這些tRNA就準(zhǔn)備好進(jìn)入核糖體“工廠”參與蛋白質(zhì)生產(chǎn)了。 而在沒(méi)有這些酶的早期地球，如何讓氨基酸安全、有效地“搭上”RNA？研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氨酰-硫醇（aminoacyl-thiol）這一特殊中間體能夠起到關(guān)鍵作用。 硫醇是一類(lèi)含硫的小分子，在現(xiàn)代生命的新陳代謝中非常重要。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果讓氨基酸先和硫醇結(jié)合，就能在中性的水環(huán)境中選擇性地把氨基酸轉(zhuǎn)移到RNA分子的末端“二醇位點(diǎn)”上。 這一過(guò)程幾乎不會(huì)亂生成其他副產(chǎn)物。這種精準(zhǔn)度很關(guān)鍵，因?yàn)殡S意拼接出的亂序短肽基本不可能具備穩(wěn)定功能，更不用說(shuō)產(chǎn)生早期的生命。 研究人員們用實(shí)驗(yàn)證明，這些氨酰-硫醇可以在早期地球的湖泊或冰凍水體中自然生成——甚至不需要高溫高壓或復(fù)雜原料。 這一過(guò)程的神奇之處在于，同樣的水環(huán)境、同樣的pH值，只通過(guò)調(diào)整活化方式就能決定是“加載”還是“拼接”。 多年來(lái)，科研界在“RNA世界假說(shuō)”和“蛋白質(zhì)先行論”之間爭(zhēng)論不休。而這一成果給了“RNA世界”新的化學(xué)支撐——RNA不僅早期就能存儲(chǔ)和傳遞信息，還具備可控地“雇傭”氨基酸的能力。 雖然這項(xiàng)工作主要瞄準(zhǔn)“生命是如何開(kāi)始”的大問(wèn)題，但其影響可能遠(yuǎn)超生命起源學(xué)本身。掌握這種溫和可控的“RNA-蛋白質(zhì)”化學(xué)鏈接機(jī)制，有望在未來(lái)被應(yīng)用于人工生命系統(tǒng)構(gòu)建、原位蛋白質(zhì)合成技術(shù)，甚至新型藥物的精準(zhǔn)遞送。 生命的第一縷火花或許就蘊(yùn)藏在這種看似簡(jiǎn)單的化學(xué)必然性之中。然而研究者們也表示，生命起源的問(wèn)題還有待更多的探索。該研究揭示的反應(yīng)所需的泛硫乙胺濃度可能只在較小的淡水湖泊中才能達(dá)到，而在廣闊的原始海洋中則會(huì)被稀釋。此外，這種原始連接產(chǎn)生的氨基酸鏈?zhǔn)请S機(jī)的，遠(yuǎn)不及現(xiàn)代核糖體制造的蛋白質(zhì)那樣精確有序。 參考文獻(xiàn)： Singh, Jyoti, et al. “Thioester-mediated RNA aminoacylation and peptidyl-RNA synthesis in water.” Nature, vol. 644, 28 August 2025, pp. 933-44. doi:10.1038/s41586-025-09388-y. |
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