作者:Reinhard Sterner 来源:《细胞化学生物学》 发布时间:2016/6/23 15:47:43
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细菌34亿年前便已有复杂酶

重建的色氨酸合酶晶体结构图片来源:Busch et al Mint Images/REX/Shutterstock

一项日前发表于《细胞化学生物学》杂志的研究显示,34亿年前,所有细菌的祖先可能拥有复杂的酶,而这比地球上生命的起源仅晚了6亿年。此项发现令人感到惊讶,因为人们曾推断,细菌并未进化,直到很晚以后,甚至是在生命起源的10亿年之后。

现代酶同其发生相互作用的分子,就像锁和钥匙一样的对应关系。它们通常只为一种反应“效力”,但能很好地完成这项工作。相反,来自美国俄勒冈大学的Michael Harms介绍说,最早的酶“很马虎”,同分子之间并未拥有锁和钥匙一样的关系。它们的结构中拥有能抓住各种不同化学物质并且控制很多反应的“口袋”,但没有一项工作能被很好地执行。

为研究现代酶出现于何时,来自德国雷根斯堡大学的Reinhard Sterner和同事按照在现代细菌和古生菌群分离之前其可能看上去的样子,重建了一种由4部分组成的酶。

这种名为色氨酸合酶的酶,辅助一种对细菌、古生菌、植物和真菌均至关重要的氨基酸的产生。首先,在将序列导入寻找它们之间相似性的计算机程序之前,研究人员分析了在现代细菌和古生菌中编码这种酶的基因。随后,他们针对产生现代基因的古代DAN序列可能的样子进行了上千次模拟。

基于主要的细菌种群彼此间分离的方式,该程序锁定了一个最有可能的序列。团队成员将这个“复活”的基因插入现代大肠杆菌的细胞。该基因能大量复制一种表现得极像其现代版本的酶。Harms表示,这表明细菌失去其“马虎”蛋白的时间要早于人们此前的预期。

同时,由于来自几十亿年前的DNA残留并不存在,因此这样的重建实验是研究古代基因的唯一方法。

不过,来自美国麻省理工学院的Mathieu Groussin认为,如果研究人员能重建一些其他可能的蛋白而不仅仅是最有可能的那个,他们会对自己的成果更有信心。这样的话,他们便会知道其他可能的序列是否也产生了功能蛋白(来源:中国科学报 宗华)

 
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