化學(xué)家復(fù)制了生命創(chuàng)造的關(guān)鍵時(shí)刻

在原始地球上導(dǎo)致生命的分子的自發(fā)聚結(jié)，大約 40 億年前，可能最終在實(shí)驗(yàn)室中觀察到。

化學(xué)家們復(fù)制了我們新生星球的可能條件，將 RNA 和氨基酸結(jié)合在一起——這是關(guān)鍵的第一步，最終將導(dǎo)致當(dāng)今在地球上爬行的生物體的擴(kuò)散。

實(shí)驗(yàn)工作可以產(chǎn)生有關(guān)最重要的生物學(xué)關(guān)系之一的起源的重要線索：核酸和蛋白質(zhì)之間的關(guān)系。

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“今天的生命使用極其復(fù)雜的分子機(jī)器——核糖體來合成蛋白質(zhì)。這臺(tái)機(jī)器需要用信使 RNA 寫入化學(xué)指令，信使 RNA 將基因序列從細(xì)胞 DNA 傳遞到核糖體。然后，核糖體就像工廠裝配線一樣，讀取這個(gè) RNA 并將氨基酸一個(gè)接一個(gè)地連接在一起，以產(chǎn)生蛋白質(zhì)。化學(xué)家馬修·龐納 （Matthew Powner） 解釋道倫敦大學(xué)學(xué)院。

“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)復(fù)雜過程的第一部分，在中性 pH 值下使用水中非常簡單的化學(xué)成分將氨基酸與 RNA 連接起來。這種化學(xué)反應(yīng)是自發(fā)的、選擇性的，可能發(fā)生在早期的地球上。

盡管我們知道生命一定已經(jīng)從地球的原始軟泥中蠕動(dòng)出來——畢竟我們就在這里——但科學(xué)家們并不那么確定如何它發(fā)生了。一個(gè)不斷發(fā)展的學(xué)派將 RNA 作為一種自我復(fù)制的核酸進(jìn)行投資，它，由于它的訣竅也用于進(jìn)行機(jī)械功，可以催化其他化學(xué)反應(yīng)。這稱為RNA世界假設(shè)。

蛋白質(zhì)不能自我復(fù)制;它們對(duì)氨基酸進(jìn)行精確測序的指令編碼在核酸序列中，例如 RNA。

因此，雖然蛋白質(zhì)在許多生物過程中發(fā)揮著必要的作用，但核酸分子為其生產(chǎn)提供了重要的模板。盡管如此，這意味著這兩種分子成分需要找到一種方法，在早期地球潮濕、多氣的條件下結(jié)合在一起。

“生命依賴于合成蛋白質(zhì)的能力——它們是生命的關(guān)鍵功能分子。了解蛋白質(zhì)合成的起源對(duì)于了解生命的來源至關(guān)重要。Powner 說.

“我們的研究是朝著這個(gè)目標(biāo)邁出的一大步，展示了 RNA 可能首先是如何控制蛋白質(zhì)合成的?！?/p>

已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試來復(fù)制氨基酸和 RNA 的自然合并。這個(gè)過程需要高能介質(zhì)，過去的研究發(fā)現(xiàn)一些高反應(yīng)性分子不適合此目的，因?yàn)樗鼈兺鶗?huì)在水中分解，導(dǎo)致氨基酸相互反應(yīng)而不是 RNA。

在倫敦大學(xué)學(xué)院的化學(xué)家喬蒂·辛格 （Jyoti Singh） 的領(lǐng)導(dǎo)下，研究小組從生物學(xué)中汲取了靈感。作為調(diào)解人，他們嘗試了硫酯，一種含有碳、氧、氫和硫的高能、高反應(yīng)性化合物——六行之四被認(rèn)為對(duì)生命至關(guān)重要。

眾所周知，硫酯會(huì)玩關(guān)鍵的中介角色在一些生物過程中，并且被認(rèn)為在“原始有機(jī)湯”中含量豐富。一些科學(xué)家認(rèn)為，它們的增殖早于RNA世界，即硫酯世界假說.

在他們的模擬有機(jī)湯中，研究人員發(fā)現(xiàn)硫酯提供了必要的外部能量，使氨基酸能夠與 RNA 結(jié)合——這是一個(gè)相當(dāng)重大的突破，巧妙地統(tǒng)一了這兩個(gè)假設(shè)。

“我們的研究結(jié)合了兩個(gè)突出的生命起源理論——'RNA 世界'，其中自我復(fù)制 RNA 被認(rèn)為是基礎(chǔ)，以及'硫酯世界'，其中硫酯被視為最早生命形式的能量來源，”Powner 說.

需要明確的是，我們距離對(duì)生命起源有一個(gè)詳細(xì)、全面的了解還很遠(yuǎn)。新研究表明，這些成分有可能與高能介質(zhì)結(jié)合在一起;下一步是看看 RNA 是否會(huì)優(yōu)先與特定氨基酸結(jié)合，從而促進(jìn)遺傳密碼的出現(xiàn)。

“想象一下，有一天，化學(xué)家可能會(huì)從碳、氮、氫、氧和硫原子組成的簡單小分子中，從這些樂高積木中形成能夠自我復(fù)制的分子。這將是解決生命起源問題的里程碑式的一步。辛格說.

“我們的研究通過展示兩個(gè)原始化學(xué)樂高積木（活性氨基酸和 RNA）如何構(gòu)建肽，即生命所必需的氨基酸短鏈，使我們更接近這一目標(biāo)。”

該研究已發(fā)表在自然界.

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