RNA的镜像图片可能揭示了生命的起源

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来源：译言网 / 作者： / 2015-12-08
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就像人的双手是镜像对称的，生物分子，如DNA或是RNA也有它们相对的镜像形态。通常，在一对镜像分子中，识别一类分子的酶不会和另一类反应。但是科学家们已经分离出了RNA酶（也就是核糖酶）则是例外，它能合成镜像形态的RNA。尽管这听起来很神秘难懂，这样的镜像合成RNA可能在生物进化早期起到了很大的作用。
/ z3 ?6 E0 Z! h, w( t2 C: M. [科学家们认为RNA很可能是生命起源的核心。因为RNA分子不但能像DNA一样能携带遗传信息，而且它也能像一些蛋白质一样作为催化剂，加速通常条件下较慢的反应。很多科学家相信生命是在一片“RNA世界”中诞生的，它们进一步变得能够复制其他的RNA分子。之后，更加具有特异性的DNA和蛋白质也诞生在这个环境中了。
3 P3 F, C8 t; _5 `: o, o0 ]就像DNA一样，RNA也是由四种核苷酸碱基——A、U、C、G——构成的。当核糖酶复制RNA时，它先复制其中的一条链作为模版链，复制出的新链与模版链的基团对应互补：C与G互补，A与U互补。所以当一条基团序列为ACCGU的模板链被投入含有核苷酸单体溶液的试管中时，序列为UGGCA基团就会与模版链一一对应。为了让这些基团形成一条完整的链，核酸酶就需要用化学手段来“焊接”毗邻的两个基团，就像车厢必须一个一个连在一起来形成火车。6 ?, u/ L/ v( b$ S4 n
但RNA基团和火车厢的不同在于，一个个核苷酸基团可以连接成为“右手形态”或是“左手形态”，也就是D型核苷酸基团或是L型核苷酸基团。现存的所有天然RNA都是D型，但是科学家们在实验室中合成出了L型核苷酸基团。通常，含有D型核苷酸的核糖酶不会与L型反应，含有L型的也不会和D型反应。但是，在一条正在复制的链中，若一个与核糖酶手性相反的核苷酸扭曲到了一个恰到好处的形态，它就可以“欺骗”核糖酶并使它结合进这条正在复制的链中——之后产生了惊人的现象。三十年前，当时在加州圣地亚哥的萨克生物研究院的研究生Gerald Joyce和其他研究者展示了当一个手性相反的核苷酸结合到了一条正在复制的D型或L型链中时，复制就立刻停止了。“它就像毒药一样。”现在在斯克里普斯研究所的Joyce说。
- O% D$ _" f( y3 o& B这项研究结果给研究生命起源的科学家们带来了一个至今未解的难题。在生命出现之前，D型和L型核苷酸在“原生汤”中可能是同样丰富的。如果是这样的话，RNA酶是怎么使复制过程不“中毒”？, s8 \# V4 _6 s9 C
现在，Joyce和他的博士后同事Jonathan Sczepanski发现了一个可能的方案。在这周的《自然》杂志网上，他们在线展示了使用一个叫做“试管进化”的技术，制造出了可以在同时含有D型和L型核苷酸的溶液中，能够合成不同手性RNA链的核糖酶。不仅如此，当使用D型核糖酶时，他们发现它更加偏好与在L型模版链上合成L型对应链。同样的，他们也发现了从D型模版链合成D型子链的L型核糖酶。而且D型和L型核糖酶都可以复制出它们各自对应的镜像形态。
5 X( }& s2 o5 u9 ]/ D3 A核糖酶使用了一种与众不同的方法来进行这样巧妙的复制，Joyce解释道。它能识别在模版链上复制中RNA基团的整体形态，将相邻的基团连接在一起，而不是根据在模版链和子链上对应基团（例如A和U）的位置来识别它们。2 G+ H2 Q, C% v2 Z4 d7 M9 w6 _
“RNA催化RNA复制的研究有了进展是十分激动人心的。”哈佛大学的生命起源研究者Jack Szostak说（没有参加这项研究）。但是，Szostak也说，它没有回答，这种D型或是L型核糖酶最初是怎么形成的。
7 u( F$ |# h3 Q! I这个问题的答案可能已经湮没在历史中了，Joyce说。但是新的研究确实显示，若这些核糖酶很早就出现了，它们可能都复制了RNA的两种镜像形态，推动了结构更加复杂的RNA的进化过程。之后，如果其中一种更复杂的形态——例如D型——具有更多功能，那么它就会增加自身的复制量，推动核苷酸向只有一种形态发展——也就是我们现在看到的天然RNA全是D型。7 g8 Q6 I# a$ ]! p, ]' ^3 F
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http://news.sciencemag.org/biolo ... d-clues-origin-life
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