从rna到rna蛋白分子：一些物种核糖开关的作用.docVIP

从RNA到RNA/蛋白分子：一些物种核糖开关的作用 摘要：在生命起源前的环境里，一些氨基酸及其衍生物与多聚核糖核苷酸的共同相互作用形成了多肽。并且，连续的氨基酸聚合作用及其形成的具有催化功能的结构域对于从RNA到RNA/蛋白质的转变贡献了巨大的作用。 关键词：生命起源 L-赖氨酸 S-腺苷-L-蛋氨酸 早期氨酰化作用 核糖核酸类多肽 1、前言 相比非生命结构，生命系统有着更高的复杂性。在前生命化学的研究中，研究非生命物质是如何形成生物组织的问题是一个不小的挑战。 在所有生物有机体中，核酸、蛋白等生物大分子的相互依赖关系促进了原始生命的进化。RNA（一种由核苷酸聚合作用形成的核酸）同时具有遗传和催化（作为核酶）的能力。这就有利于RNA是生物世界基础的假设（Gilbert,1986）。的确，多聚核糖核苷酸结构的易变性可以促使其形成不同的RNA种类。（spirin,2002）而作为大家公认的配体，RNA的催化功能、遗传作用及其可塑性会受到某些因素的影响。（Breaker,2012）另外，在有机体中RNA和蛋白的相互作用也为进化提供了动力。 1.1、在前生命环境里可能存在的生物合成反应 对于前生命时期的环境里完整的非生物合成RNA的过程人们还没有彻底明了（Orgel,2004）。RNA单体包含D-核糖、碱基和磷酸。在那个环境里核苷酸的合成被其反应力和生成物的稳定力所制约。（例如受水解作用及生成物的产量和磷酸的可用度所约束）（Orgel,2004;Anastasi等,2007;Spirin,2007;Holmet等,2006;Pasek,2008;Piwner等,2009）。在进化中，氨基酸及其衍生物与多聚核糖核苷酸的共同相互作用共同控制着生物的核糖开关，氨基酸通过聚合作用所形成的聚合物具有催化功能，这为RNA分子到RNA/蛋白分子的转变提供了证据（Bernstein,2006;Yang等,2007）。 经典的Miller实验合成了氨基酸的混合物（Miller,1953）。其他一些R基团上富含N的氨基酸例如赖氨酸（Hanic等,2000），蛋氨酸和同型半胱氨酸（Parker等,2011）的合成反应目前也都已经实现。这些合成物中包含了除非手性甘氨酸以外的其他所有外消旋的氨基酸。热液的环境貌似也为这些合成反应提供了可能。另外，一些携带了除氨基酸以外其它分子的彗星或陨石也为地球前生命时期的氨基酸合成反应提供了反应物（Bernstein,2006）。 另一方面，所有的生命中均含L-羟脯氨酸（及它们的衍生物）和D型糖类（Pollack等,2010），这种现象的形成发生在前生命期的富集反应（da Silva和Holm,2014）。 人们用实验的方法，分别阻断多聚核糖核苷酸和缩氨酸的形成等反应，可以确定他们的装配和有效复制对于生命的起源至关重要。 1.2、生物分子的非生物聚合作用 1.2.1、多聚核糖核苷酸 生物个体中，核苷酸的聚合作用是由酶催化完成的。一个具有生物功能的RNA至少是由50个核苷酸聚合而成的。（shapiro,2000;Monnard等,2003）。 多聚核糖核苷酸链在水溶液中很不稳定，这与在地球早期磷酸二酯键的自发形成理论是不相符合的（也称水悖论）（Spirin.2007）。已经活化了的核苷酸以金属离子或蒙脱石（地球上一种丰富的粘土矿物质）为催化剂（Franchi和Gallori,2009;Ferris,2006），将与之互补的模板链（di Mauro等2006）和不同热梯度的矿物质颗粒在地质热液环境（Baaske等,2007）或者类地质热液温度的环境（Kawamura,2004）中发生聚合形成多聚核糖核苷酸，目前这一过程已经通过实验实现，这就使得水悖论不攻自破。由非酶物质形成的水溶液的二聚体、四聚体与在地质热液中形成的低聚核糖核苷酸发生的聚合作用要大于四聚体在冰水混合相的聚合作用（Monnard,and ziock,2008）,目前多聚RNA类似物已经在脂类环境中获得。（Rajamani et al.,2008）。 1.2.2、多肽类 由氨基和羧基的缩合而发生的氨基酸聚合反应会形成短链(多肽)或长链(蛋白质),但这脱水反应受热力学和动力学约束。在热液环境中，氨基酸由于吸附作用吸附在粘土或矿物质上，这样会得到由脱水作用而产生的羰基硫代物（Leman等,2004）、氰化物Danger等,2012b）、氯化钠和氨基酸络合铜等物质。另一方面，前生命多肽类的产生假说为类脘病毒模型。（Maury,2009） 1.2.3、多聚核糖核苷酸与氨基酸物理化学结构关系 研究氨基酸和核苷酸之间合适的物理化学结构关系对于遗传密码的起源和进化中至关重要，而遗传密码（杨,2005）是研究所有物种进化最原始的资料。 RNA世界假说承认RNA在前生命进化中