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YACOO:生物大分子起源的悖论——“鸡”与“蛋”之争

2014-12-01 来源:转载自第三方

 

在细胞进化过程中,先有核酸还是先有蛋白?先有复制还是先有代谢?这些依然是生命起源中的未解之谜。在生物个体水平,亦普遍存在类似的问题,如先有‘鸡’还是先有‘蛋’?或是先有‘雌’的还是先有‘雄’的?……这些看似简单的问题,却是现代科学无法解答的悖论,但我们岂可一避了之?
 
蛋白质与核酸之比较
 
蛋白质仅由氨基酸通过肽键连接而成,而核酸由核苷酸聚合而成,核酸含有三种组分:核糖(或脱氧核糖)、碱基和磷酸。构成蛋白质的氨基酸有20种(不到天然氨基酸的1/10),构成核酸的核糖只有两种(RNA中为核糖,DNA中为脱氧核糖),核酸中的碱基也不过5种(RNA和DNA各有4种,两者之间仅有一个碱基不同)。
 
DNA是核苷酸的长链聚合物,通常是两条DNA单链通过碱基之间的氢键形成相互缠绕的双螺旋结构(图1)。两条DNA链遵循所谓“配对”原则,即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对(图3),并且绝不会有例外。与DNA规则的双螺旋结构相比,RNA的结构复杂而多样,它区分为三种不同类型:tRNA、mRNA和rRNA,分别行使不同的功能,也具有十分不同的结构特点(图1)。其实RNA(如mRNA)的结构也颇为复杂,靠随机性产生出这样的分子也是天方夜谭!
 
DNA双螺旋之间的碱基配对规则源自不同结构碱基的契合:4种碱基中,2种为单环,两种为双环,因此只有两种配对方式有利于维持双螺旋结构的稳定性—即A与T、G与C,前者通过两对氢键,而后者通过3对氢键。这样的设计,既能维持DNA的双螺旋结构,又方便复制,也方便转录为RNA(但在RNA中用U取代了DNA中的T)。
 
与核苷酸相比,氨基酸在种类及结构上(分为1-4级结构)要多样得多,这使得蛋白质能形成各种复杂的立体结构,这是蛋白质(作为酶)具有几乎无限催化可能性的重要结构基础。蛋白质肽链内的氨基酸之间的作用力也十分多样,包括氢键、疏水作用、离子键和二硫键等,它们维持蛋白质的2~4结构。

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