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《科学》:“RNA世界”学说又出新证据

时间:2016-05-18 07:03??来源:今天新闻网整理??阅读次数: 复制分享 我要评论

关于生命的起源分子一直是现代科学神秘的未解之谜。1986年,诺贝尔奖得主Walter Gilbert提出“RNA世界”的概念,支持这一学说的学者认为地球最初的生命分子起始于RNA。如果这一假说成立,那么RNA分子应该由早期地球上就存在的最简单物质合成而来。

据生物探索网站今日(5月17日)报道,美国斯克利普斯研究所的化学家Gerald Joyce一直致力于与生命起源相关的化学研究,他和很多学者认为,生命开始之初的关键事件之一是RNA的合成。作为一种传递遗传信息、参与生化反应的长链状分子,RNA由四种不同的碱基组成:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)。那么,这些碱基如何由最简单的分子合成而来的呢?

2009年,英国化学家John Sutherland带领团队揭示了胞嘧啶和尿嘧啶,即嘧啶(pyrimidines)的形成过程。但是,这一突破研究并没有指向“嘌呤”这一板块。

时隔8年,5月12日,来自于德国慕尼黑大学的研究团队在《Science》期刊发表最新研究成果,推演了嘌呤(purines)的合成过程:最初存在于地球上的基本化学物质以一种简单的方式合成了嘌呤。

嘌呤从何而来?

40年以来,科学家们一直都在破解嘌呤的由来。回顾嘌呤起源的研究,不少团队都曾揭开过“半面纱”。早在1972年,英国化学家 Leslie Orgel及其同事针对最早嘌呤形成过程提出一个可能的途径。但是,德国慕尼黑大学的化学家Thomas Carell却表示,最新的科技新闻,Orgel团队研究成果可信度并不高,因为他们提出的合成途径仅仅只占据了维持生命所必须嘌呤的小部分。

《科学》:“RNA世界”学说又出新证据

资料图

Carell团队注意到DNA与RNA在碱基组成上类似,除了尿嘧啶由胸腺嘧啶取代。当时,Carell团队正在研究甲酰胺基嘧啶(formamidopyrimidine,FaPy)分子如何与DNA反应,结果却发现FaPy分子容易形成嘌呤。所以,他们顺着这一意外发现深入研究,试图确定早期的地球是否已经存在FaPy,,并参与合成嘌呤。

研究的第一个线索很简单,它仅仅涉及到氢(hydrogen)、氰化物(cyanide)和水三种物质。其中,由氢、氮、碳组成的氰化氢(Hydrogen cyanide)化合物以及水都被认为广泛存在于早期的地球。当氰化氢与水反应会生成一类被称作“氨基嘧啶”(aminopyrimidines)的化学物质。氨基嘧啶组成物质包含了胺类。通常,这些胺类会无限制的组合形成不同的氨基嘧啶。

这无疑不是件好事,因为大多数氨基嘧啶与嘌呤无关。Carell团队试图找到一种方法阻止大多数氨基嘧啶的合成,即抑制除一种关键胺类之外的其他所有胺类的反应。他们发现,一种酸分子上的质子会与氨基嘧啶结合,实现这种抑制的作用。最终,孤独存活下来的氨基嘧啶将参与嘌呤的合成。

在此基础之上,Carell团队证实,这一“剩斗士”会与甲酸或者甲酰胺结合。去年,Rosetta太空探测器在彗星上检测到这两种化学物质,所以科学家推测它们可能随着降雨很早存在于地球。一旦关键的氨基嘧啶与甲酸或者甲酰胺互作,其产物会与糖类继续反应,,最终生成大量的嘌呤。

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