细胞传记

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第3章 氨基酸与密码子关系的建立

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38亿年前……(氨基酸的筛选以及密码子关系的建立)

“RNA世界假说”我想大家都应该很熟悉了,因为其具有催化活性和记录遗传性息的功能,从而背负破解先有蛋白还是先有DNA的蛋鸡问题,但是大家忽略的一点是RNA的催化效率非常之低,我不认为它能催化形成如今的细菌细胞代谢结构,哪怕是原始的露卡也几乎不可能。答案应该是蛋白质与RNA的共进化,共进化的秘密就在细胞膜上的孔洞中。由于前文分析有稳定的碳流和能量流,所以合成核酸(RNA)应该很容易。你可以想象这样一幅场景,一条平行的双通道共用的矿质薄壁上,镶嵌着无数这样的原始细胞,它们就像一个个微小的化学炼化池一般,在数亿年间的时间锻造露卡的各部分“躯体”,并且通过胞外微流交流遗传信息(自发连接RNA)。必须指出密码子与氨基酸关系的建立应该早于功能蛋白的合成。所谓三联密码与氨基酸的关系是我开始学习大学生物课程以来最困惑的地方,当时的我在想到底RNA与氨基酸定下了怎样的契约关系,这是多么神奇的进化,甚至我开始相信有上帝的存在。《生命进化的跃升》这本书中讲到:所有由α-酮戊二酸所合成的氨基酸,其三联密码子第一个字母是C,所有由草酰乙酸合成的氨基酸第一个字母都是A,所有由丙酮酸合成的氨基酸第一个字母都是T,最后所有简单前体通过单一步骤所合成的氨基酸,第一个字母都是G。而第二个字母和氨基酸是否容易溶于水有关,也就是氨基酸的疏水性。疏水性最强的六个氨基酸里有五个,第二个字母是T,所有亲水的性最强的氨基酸第二个字母都是A,介于中间的有些是G,有些是C。总结来说,不管是什么原因,三联体密码的前两个二字母和它翻译的氨基酸有关。而最后一个字母毫无规律意义,是造成密码简并的主因。

曾有科学家试想,可能开始是二联体密码,他们想象,小片段RNA也是具有催化功能的,这在一些内含子剪切中已被证实。它们假设一对字母组成的RNA催化剂和氨基酸前体结合,然后催化它们成为氨基酸,至于催化成哪一种取决于双核苷酸的字母是什么。理论上第一个字母决定氨基酸的前体,第二个决定氨基酸的疏水性。而且美国的科学家已经证明含有比较多反密码子的小段RNA与正确氨基酸结合的能力比其他任何氨基酸结合能力要强好几百万倍。所以这可能是解开建立氨基酸与密码子之间契约关系的线索。

那么tRNA又是如何和氨基酸建立关系的尼?我想有没有这样一种可能,tRNA的祖先由于自身的三维结构,使得自身只有三个核苷酸与双核苷酸能够配对,并且其氨基酸臂随后剥夺了双核苷酸上的氨基酸,之所以第三位密码字母简并,可能是尾部的氨基酸遮挡了tRNA祖先的第一个字母的位置,tRNA在反密码子处突变,可以捕获所有氨基酸。由于岩石内部的温度呈加热、冷却的循环,像极了天然的PCR仪,通过原始细胞的交流,使得RNA遗传信息延长,tRNA开始与RNA模板结合,当然,这些双核苷酸也可以与其他RNA模板结合,同时这些氨基酸在被掠夺形成蛋白质,当然这时的核糖体还没有演化出来,所以翻译的信息通常混乱,但是无数反应池的交流,最终演化出氨酰tRNA合成酶。可能值得一提的是N-甲酰甲硫氨基酸,从此规定了氨基酸翻译的起始位点。

DNA的出现可能也是交流的结果,DNA的诞生一方面创造了“天使”,一方面也创造了“恶魔”,因为这和逆转录酶有关,我们可以想象这样一幅场景,一段RNA翻译出逆转录酶,DNA诞生,使得遗传物质转向稳定,不再像RNA那样活跃。DNA就像天使一样,开启了生命的快车,但是编码逆转录酶的基因从此刻进露卡祖先的基因组,这样的信息交流让如艾滋病毒样的逆转录病毒偷偷藏了起来。同时形成一些编码的自私基因(Ⅱ型自剪接内含子),不要以为我在这里是做简单介绍,这为以后的进化埋下伏笔。

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