科学家探讨生命起源的秘密

　　

【生物通编译】

35亿多年前，从化学诞生了生物学。生命是核酸，如DNA和RNA与蛋白质混合形成的混合体，核酸与蛋白质之间相互帮助制造对方。现在加州Scripps研究所的研究者们提出了这种最终制造出地球上所有生命的双重行动可能是如何开始的¹。

蛋白质是由小分子的氨基酸组成的链。这些链在生物体的细胞中，通过一种名为核糖体的分子组装线组装形成，而核糖体自身由RNA和其它蛋白质构成。

为了了解最初的蛋白组装机器可能是如何简单，Koji Tamura和Paul Schimmel回到了最最基本点：一个转运RNA片段。

转运RNA（tRNA）携带新的氨基酸到达细胞的核糖体，在此它们被装入一个正在延伸的蛋白链。部分tRNA与部分核糖体RNA（rRNA）以某种方式共同作用将两个氨基酸连接在一起。形成这种“肽键”是生命的分子机器的最基础功能。

尽管制造一个蛋白质有20种不同氨基酸进行选择，tRNA分子结合氨基酸的末端的结构却总是相同的。tRNA分子还具有一个短的螺旋形的部分，称为minihelix，在肽键形成时，这部分与细胞的rRNA相互作用。对许多低级生物中的tRNA的研究表明，minihelix是tRNA结构中一个非常古老的部分。

Tamura和Schimmel构建了一个相当简单的tRNA分子，仅仅具有minihelix和结合氨基酸的末端部分。他们希望研究这样一个简单的tRNA是否可以形成肽键。

正常情况下，tRNA携带的氨基酸结合到核糖体正在合成的蛋白链的末端。但是Tamura和Schimmel没有使用核糖体，而是使用了一种名为嘌呤霉素的小分子，作为第二个氨基酸来源。在嘌呤霉素的一个末端是一个短的氨基酸链（象小的DNA或RNA片段），这个氨基酸短链结合到tRNA上接近氨基酸的minihelix部分。

嘌呤霉素还携带一个氨基酸，因此当它结合到minihelix上时，两个氨基酸被带到一起，从而可能形成一个肽键。但是研究者们发现只有在另外一个名为咪唑（imidazole）小分子的帮助下才能发生这种情况。因此可以猜想在早期地球上已经存在了类似咪唑的分子，但是没有人知道确切的情况。

以前曾经有其他的研究者发现如果氨基酸被一起带到一个模板上，就可以被组装成链。这样的模板可以是它们可以粘附的一个表面。

但是RNA类分子不仅催化这个过程，而且编码氨基酸序列信息，然后才能够选择性地形成连接。比如，当minihelix与嘌呤霉素分子序列相匹配时，二者之间的结合效率更高。这种对蛋白质形成进行控制的进化过程是生命从非生命世界出现的关键。

1. Tamura, K. & Schimmel, P. Oligonucleotide-directed peptide synthesis in a ribosome- and ribozyme-free system. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 98, 1393–1397 (2001).
   

——摘译自3月5日Nature scienceupdate（heartlake）

（未经允许，不得转摘）