刷新认知!科学家发现不用氨基酸就能合成多肽,有望回答生命起源之谜
学术经纬 · 2019/07/11
今日,顶尖学术期刊《自然》在线发表了一项来自英国的研究:科学家们发现,多肽的合成,竟然可以不需要氨基酸的参与!该研究的官方新闻稿也指出,它有望让我们更好地了解生命起源之谜。

本文转载自“学术经纬”。

今日,顶尖学术期刊《自然》在线发表了一项来自英国的研究:科学家们发现,多肽的合成,竟然可以不需要氨基酸的参与!该研究的官方新闻稿也指出,它有望让我们更好地了解生命起源之谜。


不是生物专业的读者朋友们可能对“多肽”这个词比较陌生,这边先做一个简单介绍。我们知道,蛋白质在生命活动中有着各种各样的重要功能,而蛋白质的基本组成部分是氨基酸。多肽同样由氨基酸组成,但尺寸还不是非常大,关键的三维结构也还没有完全形成。因此,简单一点看,多肽可以被视为是氨基酸合成蛋白质过程中的中间体。

“多肽是由氨基酸组成的长链,它是地球上所有的生命都需要的关键要素,”本研究的负责人,伦敦大学学院(University College London)的Matthew Powner教授解释道:“它们能进一步形成蛋白质,负责生物学的进程。”


从氨基酸到多肽,再到蛋白质的示意图(图片来源:OpenStax College [CC BY 3.0])

尽管科学家们已经理清了氨基酸、多肽、以及蛋白质之间的关系,一个关于生命起源的关键问题却始终没有得到解决:用氨基酸合成多肽,需要酶的参与;主导这一步骤的酶是种蛋白质;但要合成这种蛋白质,我们又需要氨基酸先合成多肽……

“这是一个经典的‘先有鸡,还是先有蛋’的问题。” Powner教授补充道。

先前,很多科学家都在研究氨基酸如何自发形成多肽。但反应需要的条件极为苛刻,难以实现。而在这项研究中,这支团队将注意力放在了氨基酸的前体分子——氨基腈(aminonitriles)上。他们发现,这类分子天生就具有反应活性,无需先转变为氨基酸,就可以直接形成多肽。也就是说,研究人员们找到了一种不需要氨基酸,就可以合成多肽的方法。


本研究的图示(图片来源:参考资料[1])

“这是人类首次有说服力地发现能够在不使用氨基酸的条件下,在水里合成多肽。反应需要的条件并不严酷,可能在早期的地球上寻找到。”一名研究人员说道。

除了给生命起源提供线索,这项研究还有当代的实际应用价值。研究人员们指出,许多具有生物活性的分子,或是合成材料,都需要进行类似的化学反应。在通常的合成条件下,我们需要事先准备许多昂贵的材料,造成浪费。而这类全新的反应有望更好地为合成生物学服务,带来实际的应用价值。

未来,科学家们计划进一步探索更多类似的反应,试图还原出能够天然合成的多肽链,并阐明它们的功能。或许,40亿年前生命起源的奥秘,已经存在于他们的实验室中了!

参考资料:

[1] Pierre Canavelli et al., (2019), Peptide ligation by chemoselective aminonitrile coupling in water, Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1371-4

[2] Origin of life insight: peptides can form without amino acids, Retrieved July 10, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/ucl-ool070819.php

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