解决鸡肉和蛋问题 - “更接近生命起源的一步”

鸡蛋的鸡

Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)在慕尼黑队表明转让略有改变 -RNA.分子(TRNAS)允许它们自组装成可以呈指数复制信息的功能单元。TRNA是早期生命形式演变中的关键要素。

我们所知的生活是基于复杂的相互作用网络,该网络在生物细胞中的微观尺度下进行,并且涉及数千种不同的分子物种。在我们的身体中,一个基本过程每天都重复无数次。在称为复制的操作中,蛋白质重复了编码的遗传信息DNA分子储存在细胞核中,然后在细胞分裂时均匀地分配给两个子细胞。然后,这些信息被选择性地复制(转录)到所谓的信使RNA分子(mRNAs)中,信使RNA分子指导有关细胞类型所需的许多不同蛋白质的合成。第二种类型的RNA——转移RNA (tRNA)——在信使RNA转化为蛋白质的过程中起着核心作用。转运rna作为信使rna和蛋白质之间的中间体:它们确保氨基酸其中每个特定蛋白质由相应mRNA指定的序列组成的亚基。

当生活系统首先在早期发展时,如何在DNA复制与MRNA翻译成蛋白质之间的这种复杂相互作用?我们在这里有一个典型的鸡肉和蛋问题的例子:遗传信息转录需要蛋白质,但它们的合成本身取决于转录。

LMU物理学家由Dieter Braun教授曾经证明了如何解决这个难题。他们已经表明,现代TRNA分子结构中的微小修改允许它们自主地相互作用以形成一种复制模块,其能够指数地复制信息。这一发现意味着TRNA - 现代细胞转录与翻译之间的关键中介 - 也可能是最早的生活系统中复制与翻译之间的关键环节。因此,它可以提供一个整洁的解决方案,以至于它是第一遗传信息或蛋白质的问题?

在它们的序列和整体结构方面,TrNA在所有三个生命领域中高度保守,即单细胞古亚群和细菌(缺乏细胞核)和真核节(细胞含有真核的生物)。这一事实本身表明TRNA是生物圈中最古老的分子之一。

就像生命的发展中的后期步骤一样,复制和翻译的演变 - 以及它们之间的复杂关系 - 并不是突然单步的结果。最好理解为进化之旅的高潮。“自我复制,自我分析,自组织和舱室化的基本现象可能在这些发展中发挥了重要作用,”节食者布劳恩说。“并且在更一般的说明中,这种物理和化学过程完全取决于提供非平衡条件的环境的可用性。”

在他们的实验中,Braun和他的同事使用了一组以现代TrNA的特征形式建模的互相互补的DNA链。每个都是由两个“发夹”(所谓的,因为每个股线可以与自己部分配对并形成细长的环形结构),通过中间的信息序列分离。八个这样的股线可以通过互补碱基配对来相互作用以形成复合物。根据中央信息区域决定的配对模式,该复合体能够编码4位二进制代码。

每个实验开始于模板 - 由定义二进制序列的两种类型的中央信息序列组成的信息结构。该序列规定了互补分子的形式,其可以在可用股的池中相互作用。研究人员继续证明,通过在温热和冷之间的重复温度波动施加重复序列,可以重复复制模板化二进制结构即放大。因此,可以想到,这种复制机制可以在早期地球上的热热系统上发生,“布劳恩说。特别地,捕获在海底上的多孔岩石中的水溶液将为这种反应循环提供有利的环境,因为已知通过对流电流产生的自然温度振荡,因此在这种设置中发生。

在复制过程中,互补股线(从分子池中抽取)与模板股的信息段配对。在一段时间内,这些股线的相邻发夹还配对形成稳定的主链,温度振荡继续驱动扩增过程。如果在短暂的时间内增加温度,则模板链与新形成的复制分离,然后两者可以用作下一轮复制中的模板股。

该团队能够表明系统能够进行指数复制。这是一个重要的发现,因为它表明,由于误差的累积,复制机制特别耐塌陷。复制器复合物本身的结构类似于现代TRNA的结构表明TRNA早期形式可以参与分子复制过程,在TRNA分子在使信使RNA序列翻译成蛋白质中的现代作用之前。“早期进化场景中复制和翻译之间的这一联系可以为鸡蛋和蛋问题提供解决方案,”亚历山德拉·赫尔因说。它还可以考虑ProTo-Trnas的特征形式,并在加工之前阐明TrNAS的作用。

生命起源的实验室研究和化学聚合物水平达尔文进化的出现也对生物技术的未来产生了影响。“我们对早期形式的分子复制的调查以及我们在复制和翻译之间的联系的发现将使我们更接近生命起源的重建,”布劳恩的结论。

参考:“TRNA序列可以组装成复制器”,由亚历山德拉Kühnlein,Simon A Lanzmich和Dieter Braun,3月2日,3月2日,el
DOI:10.7554 / ELIFE.63431

1条评论“解决鸡肉和蛋问题 - ”更接近生命起源的一步“”

  1. ......一个鸡蛋年龄较大,,,
    为什么?
    甚至在鸡生存之前,一个鸡蛋在周围,......
    所以!
    沉重的,不是那么沉重......好吧,近距离四分之一,虽然......

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