新宝6创造奇迹登录官网化学模型显示第一生命形
发布时间:2020-03-23 03:59
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化学模型显示第一生命形式可能包装了rna

显示的是右旋糖酐滴内的rna链(蓝色)和rna酶(红色)在一起

宾夕法尼亚州立大学的科学家表明,这种分隔有助于催化化学反应

图片来源:ca strulson

宾州州立大学的科学家使用聚合物创造了原始的细胞状结构,并向其中注入了rna,从而证明了这些分子在可能存在于40亿年前的地球上的条件下将如何发生化学反应

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种化学模型,该模型模仿了40亿年前地球细胞生命形成过程中可能采取的步骤

科学家们使用称为聚合物的大分子,创造了原始的细胞状结构,并向其注入了遗传编码材料rna,这种材料被认为是在地球上出现dna之前出现的,并证明了这些分子在可能存在于环境中的条件下会发生化学反应

早期的地球

《自然化学》杂志将于2012年10月14日将该研究发表为“在线高级出版物”

在现代生物学中,除某些病毒外,所有生命都使用dna作为其遗传存储机制

根据rna世界的假设,rna首先出现在地球上,既是遗传存储材料,又是催化化学反应的功能分子,然后dna和蛋白质进化得更晚

与dna不同,rna可以采用许多不同的分子构象,因此在分子水平上具有功能上的相互作用

在即将发表的研究论文中,两位化学教授克里斯汀·基廷和菲利普·贝维拉瓜,以及两名研究生克里斯托弗·斯特劳森和罗莎琳·摩尔登,探究了rna世界假说的一个令人困惑的谜团

bevilacqua说,rna世界难题中缺少的一个部分是分区

不足以使组成rna的必要分子浮在水面;他们需要分隔开来,并且需要保持在一起而不散开

这种包装需要在足够小首页的空间内进行,这类似于现代电池,因为化学的一个简单事实是分子需要相互发现才能发生化学反应

为了测试早期的细胞样结构如何形成并起作用,即使在没有构成现代细胞膜的脂质样分子的情况下,rna分子也能区分开来,strulson和molden在实验室中生成了简单的无生命模型细胞

基廷解释说,我们的团队使用称为聚乙二醇(peg)和葡聚糖的两种聚合物的溶液制备了隔室

这些溶液形成了独特的富含聚合物的水性隔室,像rna这样的分子可以在其中局部浓缩

研究小组的成员发现,一旦将rna填充到富含右旋糖酐的隔室中,分子就可以物理结合,从而导致化学反应

有趣的是,rna堆积得越密集,反应发生的速度就越快,bevilacqua解释说

我们注意到化学反应速率提高了约70倍

最重要的是,我们表明,要使rna进行化学反应,必须将其紧密分隔成类似细胞的东西

我们的水相两相系统(atps)实验表明,某些分区机制可能在早期地球环境中提供了催化作用

keating补充说,尽管研究小组成员并不认为peg和右旋糖酐是地球早期存在的特定聚合物,但它们为分隔相分离的可行途径提供了线索

当不同类型的聚合物以相对较高的浓度存在于溶液中时,就会发生相分离

样品不会混合,而是分离形成两种不同的液体,类似于油和水的分离方式

基廷解释道

我们使用右旋糖酐和peg制造的水相区室可通过增加局部反应物浓度来推动生化反应

因此,可能还有其他种类的聚合物可能是推动早期地球分隔的分子

strulson补充说,除了rna世界假设外,这些结果可能与现代生物学中非膜区室中rna的定位和功能有关

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该研究小组的成员还发现,rna的长度越长,其进入atps的右旋糖酐隔室的密度就越高,而较短的长度往往被忽略

我们认为该研究结果可能表明某种原始分类方法,bevilacqua说

随着rna变短,它倾向于具有较少的酶活性

因此,在类似于我们的葡聚糖-peg模型系统的早期地球系统中,全长功能性rna会被分选并集中到一个相中,而较短的rna不仅功能性较差,而且可能会抑制重要的化学反应,将不会包括在内

科学家希望通过与其他聚合物一起测试其模型细胞方法来继续他们的研究

keating补充说,我们感兴趣的是研究聚合物系统中的分隔,这些分隔与在地球早期可能存在的分隔以及在当代生物细胞中可能存在的分隔更紧密相关,而rna在大范围内分隔仍然很重要细胞过程的范围

这项研究由美国国家科学基金会(che-0750196资助)资助

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