生命依靠蛋白质运行，蛋白质是由氨基酸构成的大链，维持着我们身体的正常运作。然而，几十年来，科学家们一直想知道40亿年前它们是如何首次被创造出来，从而启动生物生命的。基于最近一项利用简单化学的实验，答案可能就在我们手中。
发表在《自然》杂志上的一项新研究表明，蛋白质合成可能通过氨基酸和RNA之间的合作而被启动。通过在水中部分重现这两种生命组成成分之间的化学反应，研究人员在了解早期地球原始湖泊和水池中生命起源的探索中取得了突破。
由氨基酸构建生命
氨基酸通常被称为“生命基石”。名副其实，它们是创造为细胞提供结构支持的重要蛋白质所必需的。然而，尽管自然界中已识别出约500种氨基酸，但其中只有20种用于活生物体中构建蛋白质。
蛋白质并非有机地从氨基酸中自然生长出来。相反，需要RNA（核糖核酸）将化学指令从细胞的DNA传递到核糖体，然后核糖体读取RNA并将氨基酸连接起来。随着这些氨基酸的结合，它们为生命奠定了基础。
短链氨基酸形成肽，稍长一点的形成多肽，但当数百个氨基酸连接形成越来越复杂的蛋白质时，事情就开始升级了。这些蛋白质支撑着生物体体内几乎所有的微小功能，直到细胞层面。
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为蛋白质合成提供能量
氨基酸是如何开始合成蛋白质的？这个问题科学家们思考了多年。然而，这项新研究在确定40亿年前这一过程的最初阶段可能是什么样子方面取得了重大飞跃。研究人员发现，关键在于RNA如何与氨基酸结合，最终导致蛋白质合成。
伦敦大学学院有机化学教授、资深作者马修·鲍尔（Matthew Powner）在一份声明中说：“我们已经完成了这个复杂过程的第一部分，在水中以中性pH值使用非常简单的化学方法将氨基酸连接到RNA上。这种化学反应是自发的、有选择性的，并且可能发生在早期地球上。”
据研究人员称，之前将氨基酸和RNA结合的尝试都使用了高活性分子，这些分子会在水中分解，导致氨基酸相互反应，而不是与RNA结合。
为了避免这种情况，研究人员转向了硫酯，这是一种高能化合物，在代谢等生化过程中扮演着关键角色。硫酯来源于辅酶A，一种存在于所有活细胞中的化学物质。甚至有一种“硫酯世界”理论，认为硫酯是早期生命形式的主要能量来源。
地球生命的第一步
为了形成硫酯，氨基酸必须与一种含硫化合物泛酰硫醇反应，这种化合物可以在与地球早期历史相似的条件下合成。
研究人员表示，他们通过MRI和质谱技术观察到的这些反应可能发生在早期地球的水池或湖泊中（它们不会发生在海洋中，因为化学物质浓度会过于稀释）。
这项研究中测试的这些反应表明，硫酯可能在连接氨基酸和RNA方面至关重要，填补了生命起源的第一步。未来的研究将需要解决该过程的其余部分，例如核糖体是如何发育的，以及一旦RNA和氨基酸结合，完全成熟的蛋白质是如何合成的。
文章来源
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- 自然。水中硫酯介导的RNA氨酰化和肽基RNA合成
- 国家人类基因组研究所。氨基酸
- 澳大利亚昆士兰大学。解释：肽与蛋白质——有什么区别？
