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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
最初的蛋白質是怎么出現(xiàn)的？科學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藏在這種看似簡單的化學必然性之中。 蛋白質是生命功能的主要執(zhí)行者，幾乎所有細胞都依賴它們。而蛋白質的“組裝說明書”則儲存在DNA中，由RNA負責“抄寫”和“送達”，最終在細胞的“工廠”核糖體生產(chǎn)出來。這就產(chǎn)生了一個“先有雞還是先有蛋”的問題：在生命誕生的最初，沒有細胞、沒有核糖體，甚至沒有酶，蛋白質是怎么出現(xiàn)的？ 近日，英國倫敦大學學院（UCL）化學家馬修·波納（Matthew Powner）團隊在《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與氨基酸通過自發(fā)化學反應結合起來，形成了通向蛋白質合成的關鍵中間體。 他們發(fā)現(xiàn)，這一過程并不需要現(xiàn)代生命的復雜酶系統(tǒng)，而是由一種可能廣泛存在于早期地球的小分子——硫醇（thiol） 來完成。 氨基酸是組成蛋白質的基本原料。在現(xiàn)代細胞中，RNA與氨基酸的結合由氨酰tRNA（轉運RNA）合成酶精確操作，這一步叫“RNA氨�；薄＿@種酶就像一個極其嚴格的倉庫管理員，確保每個tRNA“搬運工”都領到了與自己“訂單”（遺傳密碼子識別區(qū)）完全匹配的“貨物”（氨基酸）。一旦連接完成，這些tRNA就準備好進入核糖體“工廠”參與蛋白質生產(chǎn)了。 而在沒有這些酶的早期地球，如何讓氨基酸安全、有效地“搭上”RNA？研究團隊發(fā)現(xiàn)，氨酰-硫醇（aminoacyl-thiol）這一特殊中間體能夠起到關鍵作用。 硫醇是一類含硫的小分子，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合，就能在中性的水環(huán)境中選擇性地把氨基酸轉移到RNA分子的末端“二醇位點”上。 這一過程幾乎不會亂生成其他副產(chǎn)物。這種精準度很關鍵，因為隨意拼接出的亂序短肽基本不可能具備穩(wěn)定功能，更不用說產(chǎn)生早期的生命。 研究人員們用實驗證明，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雜原料。 這一過程的神奇之處在于，同樣的水環(huán)境、同樣的pH值，只通過調整活化方式就能決定是“加載”還是“拼接”。 多年來，科研界在“RNA世界假說”和“蛋白質先行論”之間爭論不休。而這一成果給了“RNA世界”新的化學支撐——RNA不僅早期就能存儲和傳遞信息，還具備可控地“雇傭”氨基酸的能力。 雖然這項工作主要瞄準“生命是如何開始”的大問題，但其影響可能遠超生命起源學本身。掌握這種溫和可控的“RNA-蛋白質”化學鏈接機制，有望在未來被應用于人工生命系統(tǒng)構建、原位蛋白質合成技術，甚至新型藥物的精準遞送。 生命的第一縷火花或許就蘊藏在這種看似簡單的化學必然性之中。然而研究者們也表示，生命起源的問題還有待更多的探索。該研究揭示的反應所需的泛硫乙胺濃度可能只在較小的淡水湖泊中才能達到，而在廣闊的原始海洋中則會被稀釋。此外，這種原始連接產(chǎn)生的氨基酸鏈是隨機的，遠不及現(xiàn)代核糖體制造的蛋白質那樣精確有序。 參考文獻： 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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zhang840227
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