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PNAS:生命源于蛋白获新证

来源:生物通 作者: 2013-4-12

摘要: 生命之初是先有蛋白还是先有RNA。佛罗里达州立大学医学院的结构生物学家,为生命源于蛋白的理论提供了新证据,有助于人们进一步理解地球上的生命起源过程。人们普遍认为,在约四十亿年前的地球上可能存在着10种氨基酸。现在佛罗里达州立大学医学院的MichaelBlaber教授领导了一项研究指出,这些氨基酸可以在高盐环境下形成......


生命之初是先有蛋白还是先有RNA?佛罗里达州立大学医学院的结构生物学家,为生命源于蛋白的理论提供了新证据,有助于人们进一步理解地球上的生命起源过程。

人们普遍认为,在约四十亿年前的地球上可能存在着10种氨基酸。现在佛罗里达州立大学医学院的Michael Blaber教授领导了一项研究指出,这些氨基酸可以在高盐环境下形成可折叠的蛋白。而这些可折叠的蛋白,将能为地球上出现的首个生命提供代谢活性。文章发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

生命起源是无生命分子形成生命系统的过程。地球上的第一个生命应该是微观的,它必须能够进行自我复制,还要能适应当时的环境条件。“目前关于生命起源的普遍观点是,第一个生命源自高温环境中的RNA,”Blaber说。“而我们的数据显示,高盐环境下的蛋白可能才是生命之源。”

目前科学家们普遍接受的理论是“RNA起源”假说,即RNA是第一个生命分子。但Blaber的研究显示,简单化学过程所产生的氨基酸,能够形成复杂的可折叠蛋白,这为“蛋白起源”理论提供了支持。

此外,高温环境被普遍认为是生命起源的温床。“一般人们认为高盐环境需要生物去适应,不是生命的起源地,”Blaber说。“不过我们的研究显示,以蛋白为基础的生命起源需要高盐环境。”

蛋白要能够执行功能支持生命,就必须折叠成为特定的结构。蛋白通过折叠形成球状,由此与其他蛋白相互作用,执行特殊的化学反应。在此基础上,生命才能够适应和利用给定环境。Blaber指出,在生命起源之初,蛋白需要适应周围的环境,也就是说它们必须能够折叠。

现在,我们体内的蛋白由二十种通用氨基酸组成。其中十种氨基酸生成于生物合成途径,而另外十种可以直接由化学反应合成。这些来自于化学反应的氨基酸,不依赖于生物合成途径(或生命系统),因此也被称为prebiotic氨基酸。在生物合成途径出现之前,蛋白可以由这些prebiotic氨基酸组成。 

研究人员使用特殊技术(top-down symmetric deconstruction),希望用十种prebiotic氨基酸组成特定的短肽,并通过短肽自发装配成为可折叠的复杂蛋白结构。最后,他们成功用十二个氨基酸合成了可折叠的蛋白,这些蛋白呈酸性,且需要高盐环境来进行折叠。

Blaber指出,在生命起源的过程中,高盐环境和蛋白形成可能很重要,而这项研究使它们重新回到了相关领域的舞台中心。

 

(生物通编辑:叶予)


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