作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2017/5/23 8:46:26
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科学家锁定点燃生命化学反应
有望解释简单化学物质如何形成生命

早期地球的化学反应可以创造4个RNA分子“积木”,引发生命的开端。

图片来源:BSIP SA/Alamy Stock Photo

本报讯 脱氧核糖核酸(DNA)如今已经为大多数人所熟知,但许多研究人员今天认为,地球上的生命是从它的表亲核糖核酸(RNA)开始的,因为核酸既可以作为遗传信息的储存库,也可以担当加速生化反应的催化剂。但是这些支持“RNA世界”假说的科学家几十年来一直在艰难地解释,这种分子的4块“积木”是如何在早期地球更加简单的化合物中出现的。

如今,化学家们已经发现了简单的反应,能够利用早期地球的原始材料,合成所有4块“积木”的近亲。尽管这种相似性并不完美,但它表明科学家可能正在接近一个合理的设想,从而解释地球上的生命是如何开始的。

RNA的4块“积木”被称为核苷酸。每个核苷酸由核糖(一个环状糖分子)连接到4个不同环形“碱基”中的一个所构成。这些碱基包括腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)。其中C和U的彼此结构相似,统称为嘧啶,而A和G则彼此相似,被称为嘌呤。

2009年,由英国剑桥市医学研究理事会Matthew Powner和John Sutherland领导的研究人员,想出了第一个可能的化学反应,可以在早期的地球合成嘧啶。

但在不同的条件下,一些非常不同的反应似乎是形成嘌呤所必须的。这就提出了一个问题,即所有4种核苷酸是如何在同一个地方缠绕形成第一个“活的”RNA分子的。

于2012年赴伦敦大学学院任职的Powner和同事现在已经找到了一种方法,能够扩展他们早些时候的嘧啶合成化学过程,从而创建嘌呤的堂兄弟。

和以前一样,研究人员从一种叫做醛的单糖开始,后者被认为是在地球早期出现的。一些简单的步骤将醛转化为两种类似于核苷酸所包含的腺嘌呤和鸟嘌呤的化合物。科学家在5月19日出版的《自然—通讯》杂志上报告了这一研究成果。

当然,这种相似性并不完美——在每一个碱基上,一个碳原子被绑定到一个氧原子上,而不是像嘌呤中所常见的氢原子上。

美国亚特兰大市佐治亚理工学院RNA化学家Nicholas Hud表示:“这是一项很棒的化学研究。”但他指出,那个任性的氧原子是一个关键的绊脚石。没有简单的方法能够使其与氢原子进行交换。而非常规的嘌呤可能无法形成具有点燃生命所需属性的RNA类似物。

Powner表示,他和同事如今正在寻找解决方案。如果他们成功了,从简单的化学物质到生命的路径将变得更加清晰。

RNA是存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。RNA是以DNA的一条链为模板,以碱基互补配对原则,转录而形成的一条单链,主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达,是遗传信息向表型转化过程中的桥梁。在此过程中,转运RNA是携带与三联体密码子对应的氨基酸残基与正在进行翻译的mRNA结合,而后核糖体RNA将各个氨基酸残基通过肽键连接成肽链进而构成蛋白质分子。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2017-05-23 第2版 国际)
 
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