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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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[交流]
RNA的鏡像圖片可能揭示了生命的起源
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就像人的雙手是鏡像對(duì)稱的，生物分子，如DNA或是RNA也有它們相對(duì)的鏡像形態(tài)。通常，在一對(duì)鏡像分子中，識(shí)別一類分子的酶不會(huì)和另一類反應(yīng)。但是科學(xué)家們已經(jīng)分離出了RNA酶（也就是核糖酶）則是例外，它能合成鏡像形態(tài)的RNA。盡管這聽起來很神秘難懂，這樣的鏡像合成RNA可能在生物進(jìn)化早期起到了很大的作用。 科學(xué)家們認(rèn)為RNA很可能是生命起源的核心。因?yàn)镽NA分子不但能像DNA一樣能攜帶遺傳信息，而且它也能像一些蛋白質(zhì)一樣作為催化劑，加速通常條件下較慢的反應(yīng)。很多科學(xué)家相信生命是在一片“RNA世界”中誕生的，它們進(jìn)一步變得能夠復(fù)制其他的RNA分子。之后，更加具有特異性的DNA和蛋白質(zhì)也誕生在這個(gè)環(huán)境中了。 就像DNA一樣，RNA也是由四種核苷酸堿基——A、U、C、G——構(gòu)成的。當(dāng)核糖酶復(fù)制RNA時(shí)，它先復(fù)制其中的一條鏈作為模版鏈，復(fù)制出的新鏈與模版鏈的基團(tuán)對(duì)應(yīng)互補(bǔ)：C與G互補(bǔ)，A與U互補(bǔ)。所以當(dāng)一條基團(tuán)序列為ACCGU的模板鏈被投入含有核苷酸單體溶液的試管中時(shí)，序列為UGGCA基團(tuán)就會(huì)與模版鏈一一對(duì)應(yīng)。為了讓這些基團(tuán)形成一條完整的鏈，核酸酶就需要用化學(xué)手段來“焊接”毗鄰的兩個(gè)基團(tuán)，就像車廂必須一個(gè)一個(gè)連在一起來形成火車。 但RNA基團(tuán)和火車廂的不同在于，一個(gè)個(gè)核苷酸基團(tuán)可以連接成為“右手形態(tài)”或是“左手形態(tài)”，也就是D型核苷酸基團(tuán)或是L型核苷酸基團(tuán)�，F(xiàn)存的所有天然RNA都是D型，但是科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中合成出了L型核苷酸基團(tuán)。通常，含有D型核苷酸的核糖酶不會(huì)與L型反應(yīng)，含有L型的也不會(huì)和D型反應(yīng)。但是，在一條正在復(fù)制的鏈中，若一個(gè)與核糖酶手性相反的核苷酸扭曲到了一個(gè)恰到好處的形態(tài)，它就可以“欺騙”核糖酶并使它結(jié)合進(jìn)這條正在復(fù)制的鏈中——之后產(chǎn)生了驚人的現(xiàn)象。三十年前，當(dāng)時(shí)在加州圣地亞哥的薩克生物研究院的研究生Gerald Joyce和其他研究者展示了當(dāng)一個(gè)手性相反的核苷酸結(jié)合到了一條正在復(fù)制的D型或L型鏈中時(shí)，復(fù)制就立刻停止了�！八拖穸舅幰粯��！爆F(xiàn)在在斯克里普斯研究所的Joyce說。 這項(xiàng)研究結(jié)果給研究生命起源的科學(xué)家們帶來了一個(gè)至今未解的難題。在生命出現(xiàn)之前，D型和L型核苷酸在“原生湯”中可能是同樣豐富的。如果是這樣的話，RNA酶是怎么使復(fù)制過程不“中毒”？ 現(xiàn)在，Joyce和他的博士后同事Jonathan Sczepanski發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能的方案。在這周的《自然》雜志網(wǎng)上，他們?cè)诰�展示了使用一個(gè)叫做“試管進(jìn)化”的技術(shù)，制造出了可以在同時(shí)含有D型和L型核苷酸的溶液中，能夠合成不同手性RNA鏈的核糖酶。不僅如此，當(dāng)使用D型核糖酶時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)它更加偏好與在L型模版鏈上合成L型對(duì)應(yīng)鏈。同樣的，他們也發(fā)現(xiàn)了從D型模版鏈合成D型子鏈的L型核糖酶。而且D型和L型核糖酶都可以復(fù)制出它們各自對(duì)應(yīng)的鏡像形態(tài)。 核糖酶使用了一種與眾不同的方法來進(jìn)行這樣巧妙的復(fù)制，Joyce解釋道。它能識(shí)別在模版鏈上復(fù)制中RNA基團(tuán)的整體形態(tài)，將相鄰的基團(tuán)連接在一起，而不是根據(jù)在模版鏈和子鏈上對(duì)應(yīng)基團(tuán)（例如A和U）的位置來識(shí)別它們。 “RNA催化RNA復(fù)制的研究有了進(jìn)展是十分激動(dòng)人心的。”哈佛大學(xué)的生命起源研究者Jack Szostak說（沒有參加這項(xiàng)研究）。但是，Szostak也說，它沒有回答，這種D型或是L型核糖酶最初是怎么形成的。 這個(gè)問題的答案可能已經(jīng)湮沒在歷史中了，Joyce說。但是新的研究確實(shí)顯示，若這些核糖酶很早就出現(xiàn)了，它們可能都復(fù)制了RNA的兩種鏡像形態(tài)，推動(dòng)了結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的RNA的進(jìn)化過程。之后，如果其中一種更復(fù)雜的形態(tài)——例如D型——具有更多功能，那么它就會(huì)增加自身的復(fù)制量，推動(dòng)核苷酸向只有一種形態(tài)發(fā)展——也就是我們現(xiàn)在看到的天然RNA全是D型。 |
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