DNA的基礎部分核鹼基可能來自太空 有助闡釋生命演化

2020-12-03 新浪科技

來源：新浪科技

日本研究人員分析了超高真空反應室內的模擬環境（如圖）。他們將一種由水、一氧化碳、氨和甲醇組成的氣體混合物注入一種模擬宇宙塵埃的材料中，其溫度為-263℃

新浪科技訊 9月30日消息，一項新研究發現，組成脫氧核糖核酸（DNA）的基礎部分很可能來自星際氣體雲的核心。

日本北海道大學的研究人員在超低溫真空中進行的模擬發現，核鹼基可以在太空中形成。核鹼基是在DNA和RNA（核糖核酸）中起配對作用的雜環化合物，是組成真核生物染色質的基本單位。這一發現或許可以幫助闡明地球生命是如何演化的。

以往的理論認為，是一塊來自太空的巖石給地球帶來了生命的基礎物質。我們今天看到的自然物種都是從這些基礎物質進化而來。研究人員還發現了更複雜的化合物，包括胺基酸，這些化合物會繼續形成蛋白質。

「我們的發現表明，實驗中重現的過程可能會導致生命分子前體的形成，」北海道大學低溫科學研究所的大場康弘（Yasuhiro Oba）說，「這些結果將提高我們對太空化學演化早期階段的理解。」

在以往的研究中，科學家在彗星、小行星和太空氣體雲中都發現過基本的有機分子。一些科學家將這些分子與40億年前地球上生命的起源聯繫起來。

在以往的研究中，科學家在彗星、小行星和太空氣體雲中都發現過基本的有機分子。一些科學家將這些分子與40億年前地球上生命的起源聯繫起來

從人類到細菌，DNA和RNA是所有生命形式都不可或缺的組成部分，它們是由磷酸基團、糖類和核苷酸這三個獨立的部分組合而成。相比DNA，人們對RNA的認識較少，但二者卻極其相似，只是RNA沒有標誌性的雙螺旋結構。RNA的主要作用是幫助DNA轉錄，即讀取儲存在DNA中的信息，使其被身體使用，合成蛋白質。

RNA通常是單鏈的，其核糖的2位碳連接的是羥基。這個羥基降低了RNA的穩定性，使其更易被水解。如果RNA的2位碳原子上失去氧，其組成糖分子就變成2-脫氧核糖，由此產生DNA。如果這個特定的原子與氧結合，那就會形成核糖，組成RNA。

這種單個原子的簡單改變就能改變遺傳物質的整個結構，但核鹼基才是組成核苷酸（核酸的單體結構）最關鍵的組成部分。以往模擬星際分子雲條件的研究中，科學家發現了糖類和磷酸鹽，但沒有發現鹼基。發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的這項最新研究改變了這一狀況。

大場康弘說：「這一結果可能是解開人類基本問題的關鍵，比如在太陽系形成過程中存在哪些有機化合物，以及它們如何促成了地球上生命的誕生。」

日本多家研究機構的研究人員聯合完成了這項超高真空反應室內的模擬實驗，並分析了實驗結果。

他們將一種由水、一氧化碳、氨和甲醇組成的氣體混合物被注入一種模擬宇宙塵埃的材料中，其溫度為-263℃。這一溫度已經接近絕對零度，對於模擬分子和化合物在寒冷的太空中如何相互作用是至關重要的。兩個氘（氫的同位素）燈被連接到真空室，為其提供啟動反應的紫外光。實驗結果顯示，缺氧的超低溫真空室中形成了一層冰凍的膜狀物，研究人員對其成分進行了分析，發現了核鹼基。胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤均存在於該物質中，三者都是組成DNA的基礎化合物；其他化合物，如尿嘧啶、黃嘌呤和次黃嘌呤也有出現。

　DNA和RNA有什麼區別？

脫氧核糖核酸（DNA）是在我們所有細胞的細胞核中存在的含有遺傳信息的生物大分子。它的形狀像一個雙螺旋，由核苷酸組成。每個核苷酸包含一個含氮鹼基、一個五碳糖和一個磷酸基。

DNA的五碳糖成分稱為脫氧核糖，構成了DNA中的「D」。這是一種環狀碳基化合物，由五個碳原子組成五邊形。脫氧核糖的第二個碳原子上附著的是一個氫原子。這個碳原子也可以再附著一個氧原子，即附著一個羥基。在這種情況下，脫氧核糖就變成了核糖，即RNA中的「R」。

RNA和DNA的形狀

RNA主要負責DNA遺傳信息的翻譯和表達，為單鏈分子，分子量比DNA小得多，但它也能編碼某些細胞和有機體的遺傳信息。

氧的存在會徹底改變化學物質與其他分子的結合方式。RNA的核糖含有氧，使其可以呈現出各種各樣的形狀，甚至可以摺疊並擁有類似蛋白質的結構，像酶那樣催化化學反應（這樣的RNA被稱為核酶）。與RNA相比，DNA分子呈現標誌性的雙螺旋結構。

利用RNA

為了翻譯和轉錄遺傳密碼，使蛋白質和其他分子成為生命所必需的分子，DNA經常被分解成RNA，並被細胞讀取。

RNA具有與DNA相同的三個鹼基對：胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和腺嘌呤（A）。另一個鹼基對，胸腺嘧啶（T），在RNA中被替換為尿嘧啶（U），它比胸腺嘧啶少了一個甲基。

RNA通常也存在於更簡單的生物體（比如細菌）中。RNA在細胞中廣泛存在，真核生物的細胞核、細胞質和線粒體中都有RNA。此外，一些病毒也以RNA作為遺傳物質，它們被稱為RNA病毒。

線粒體基因組

所有的動物細胞都使用DNA作為遺傳物質，但有一個明顯的例外：線粒體。線粒體是細胞的動力來源，通過三羧酸循環，線粒體將葡萄糖轉化為丙酮酸，然後通過氧化磷酸化轉化為三磷酸腺苷（ATP）。三羧酸循環由英國生物化學家克雷布斯發現，因此又稱為克雷布斯循環（Krebs cycle），克雷布斯本人因此榮獲1953年諾貝爾生理學和醫學獎。

這個過程都是在細胞的線粒體中完成的。ATP在生物化學中是一種核苷酸，是需氧生物細胞內能量的普遍形式。線粒體中存在規模很小的基因組，遠小於細菌基因組。人類線粒體DNA擁有37個基因，編碼了兩種rRNA，22種tRNA和13種多肽。由於線粒體DNA幾乎不發生重組，因此遺傳學家長期將其作為研究群體遺傳學與演化遺傳學的信息來源。不過，儘管線粒體DNA在遺傳學中佔據了重要地位，但其序列中的信息只能反映群體中雌性成員的演化進程，不能代表整個種群，因為線粒體只能由母體遺傳給後代。（任天）

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