原始蛋白质怎样被赋予生命

美国国家科学院学报 (PNAS)的一篇报道指出。魏茨曼科学研究所的丹 · 陶菲克教授耶路撒冷希伯来大学诺曼Metanis已经重建了可能与现代蛋白质的祖先非常相似的蛋白质序列，他们的研究表明这些原始蛋白质可以发展成活细胞。

细胞遗传物质中编码的蛋白质是活细胞的螺钉、弹簧和齿轮 -- 所有它的运动部件。但是我们假设，第一种蛋白质出现在细胞之前，因此我们知道它是生命。现代蛋白质由 20 种不同的氨基酸组成，它们都是蛋白质构建所必需的，并且都以聚合物的形式排列 -- 长，链状分子 -- 其中每个氨基酸的放置对蛋白质的功能至关重要。但是在思考最早的蛋白质是如何产生的时，有一个悖论。因为制造蛋白质所需的氨基酸本身是由其他蛋白质 -- 酶产生的。这是一个鸡和蛋的问题，直到现在才得到部分回答。

科学家认为，第一个真正的蛋白质是从称为肽的较短蛋白质片段中实现的。肽应该是在原始化学汤中自发产生的氨基酸的粘性集合;短肽随后会相互结合，随着时间的推移，产生一种能够起到某种作用的蛋白质。在米勒和尤里的著名实验中，1952年已经证明了氨基酸的自发生成，在那里，他们复制了人们认为地球上存在于生命之前的条件，并增加了类似闪电或火山的能量。在正确的条件下，显示氨基酸可以在没有酶或活生物体中任何其他机制帮助的情况下形成，这表明氨基酸是酶 “鸡” 之前的 “蛋”。"

该研究所生物分子科学系的Tawfik说，这一切都很好，“但是在那次实验和随后的每一次实验中，都缺少一种重要的氨基酸: 像精氨酸和赖氨酸这样的携带正电荷的氨基酸。“这些氨基酸对现代蛋白质特别重要，因为它们与DNA和RNA相互作用，两者都带有净负电荷。今天，RNA被认为是既能携带信息又能复制自身的原始分子，因此，从理论上讲，与带正电荷的氨基酸接触对于活细胞发育的进一步步骤是必要的。

但是在米勒-尤里实验中出现了一种带正电荷的氨基酸，一种叫做鸟氨酸的氨基酸，今天被发现是精氨酸生产的中间步骤，但不是，本身，用于构建蛋白质。研究小组问: 如果鸟氨酸是那些祖先蛋白质中缺失的氨基酸怎么办？他们设计了一个原始实验来检验这个假设。

科学家们从一个与DNA和RNA结合的家族中相对简单的蛋白质开始，应用系统发育方法来推断祖先蛋白质的序列。这种蛋白质会富含正电荷 -- 64 个氨基酸中有 14 个是精氨酸或赖氨酸。接下来，他们创造了合成蛋白质，鸟氨酸取代了这些蛋白质作为正电荷载体。

鸟氨酸为基础的蛋白质与DNA结合，但弱。然而，在metanis的实验室，研究人员发现简单的化学反应可以将鸟氨酸转化为精氨酸。这些化学反应发生在那些假设在第一个蛋白质出现时在地球上盛行的条件下。随着越来越多的鸟氨酸转化为精氨酸，这些蛋白质越来越像现代蛋白质，并以更强、更具选择性的方式与DNA结合。

科学家们还发现，在RNA的存在下，肽的古老形式参与相分离 (如水中的油滴)-这一步可以导致自组装和 “部门化”。“这，Tawfik说，表明这些蛋白质，与RNA一起，可以形成原始细胞，真正的活细胞可能已经从中进化。