科學家鎖定點燃生命化學反應—新聞—科學網

2021-01-15 科學網
科學家鎖定點燃生命化學反應 有望解釋簡單化學物質如何形成生命

早期地球的化學反應可以創造4個RNA分子「積木」，引發生命的開端。

圖片來源：BSIP SA/Alamy Stock Photo

本報訊 脫氧核糖核酸（DNA）如今已經為大多數人所熟知，但許多研究人員今天認為，地球上的生命是從它的表親核糖核酸（RNA）開始的，因為核酸既可以作為遺傳信息的儲存庫，也可以擔當加速生化反應的催化劑。但是這些支持「RNA世界」假說的科學家幾十年來一直在艱難地解釋，這種分子的4塊「積木」是如何在早期地球更加簡單的化合物中出現的。

如今，化學家們已經發現了簡單的反應，能夠利用早期地球的原始材料，合成所有4塊「積木」的近親。儘管這種相似性並不完美，但它表明科學家可能正在接近一個合理的設想，從而解釋地球上的生命是如何開始的。

RNA的4塊「積木」被稱為核苷酸。每個核苷酸由核糖（一個環狀糖分子）連接到4個不同環形「鹼基」中的一個所構成。這些鹼基包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。其中C和U的彼此結構相似，統稱為嘧啶，而A和G則彼此相似，被稱為嘌呤。

2009年，由英國劍橋市醫學研究理事會Matthew Powner和John Sutherland領導的研究人員，想出了第一個可能的化學反應，可以在早期的地球合成嘧啶。

但在不同的條件下，一些非常不同的反應似乎是形成嘌呤所必須的。這就提出了一個問題，即所有4種核苷酸是如何在同一個地方纏繞形成第一個「活的」RNA分子的。

於2012年赴倫敦大學學院任職的Powner和同事現在已經找到了一種方法，能夠擴展他們早些時候的嘧啶合成化學過程，從而創建嘌呤的堂兄弟。

和以前一樣，研究人員從一種叫做醛的單糖開始，後者被認為是在地球早期出現的。一些簡單的步驟將醛轉化為兩種類似於核苷酸所包含的腺嘌呤和鳥嘌呤的化合物。科學家在5月19日出版的《自然—通訊》雜誌上報告了這一研究成果。

當然，這種相似性並不完美——在每一個鹼基上，一個碳原子被綁定到一個氧原子上，而不是像嘌呤中所常見的氫原子上。

美國亞特蘭大市喬治亞理工學院RNA化學家Nicholas Hud表示：「這是一項很棒的化學研究。」但他指出，那個任性的氧原子是一個關鍵的絆腳石。沒有簡單的方法能夠使其與氫原子進行交換。而非常規的嘌呤可能無法形成具有點燃生命所需屬性的RNA類似物。

Powner表示，他和同事如今正在尋找解決方案。如果他們成功了，從簡單的化學物質到生命的路徑將變得更加清晰。

RNA是存在於生物細胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體。RNA是以DNA的一條鏈為模板，以鹼基互補配對原則，轉錄而形成的一條單鏈，主要功能是實現遺傳信息在蛋白質上的表達，是遺傳信息向表型轉化過程中的橋梁。在此過程中，轉運RNA是攜帶與三聯體密碼子對應的胺基酸殘基與正在進行翻譯的mRNA結合，而後核糖體RNA將各個胺基酸殘基通過肽鍵連接成肽鏈進而構成蛋白質分子。（趙熙熙）

《中國科學報》 (2017-05-23 第2版 國際)

 

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