慕尼黑路德维希·马西米兰大学 由转移RNA启发的发夹结构杂交热驱动复制
(一)转移核糖核酸折叠成一个双发夹构象的基础上非常少的取代
在该构型中，3’-末端氨基酸结合位点(绿色)靠近反密码子(蓝色)，并形成双发夹结构
一组成对互补的双发夹可以编码和复制信息序列
在反密码子(信息域)位置实现的二进制代码允许编码和复制二进制序列(红色对蓝色)
每条链(82-84 nt)包括两个发夹环(灰色)和一个15 nt长的中间不成对信息域(蓝色/红色，这里:00D)
显示的八条链的结构显示了对应于二进制代码0010的模板的复制
注意，在这个过程中没有共价键
复制由四个步骤中的热振荡驱动:(0)发夹通过由三角形指示的快速冷却被激活成它们的闭合形态
(1)具有匹配信息域的链绑定到模板
(2)结合链发夹的波动有利于相邻链的杂交
(3)随后的加热从模板分裂复制品，同时保持较长的发夹序列连接，释放两者作为下一个循环的模板
信用:eLife (2021)
DOI: 10
7554/eLife
63431 慕尼黑路德维希-马克西米利安大学(LMU)的一个团队已经表明，转移核糖核酸分子的微小变化允许它们自我组装成一个可以指数复制信息的功能单元
tRNAs是早期生命形式进化的关键要素
我们所知的生命是基于一个复杂的相互作用网络，它发生在生物细胞的微观尺度上，涉及成千上万个不同的分子物种
在我们的身体里，一个基本的过程每天重复无数次
在一种被称为复制的操作中，蛋白质复制储存在细胞核中的脱氧核糖核酸分子编码的遗传信息，然后在细胞分裂过程中将其平均分配给两个子细胞
然后，这些信息被选择性地复制(转录)到信使核糖核酸分子中，该分子指导相关细胞类型所需的许多不同蛋白质的合成
第二种类型的核糖核酸——转移核糖核酸——在将核糖核酸“翻译”成蛋白质中起着核心作用
转移核糖核酸作为核糖核酸和蛋白质之间的中介:它们确保每个特定蛋白质组成的氨基酸亚基按照相应的核糖核酸指定的序列排列在一起
当生命系统在早期地球上首次进化时，DNA复制和mRNAs翻译成蛋白质之间的如此复杂的相互作用是如何产生的？我们这里有一个典型的先有鸡还是先有蛋的问题:基因信息的转录需要蛋白质，但是它们的合成依赖于转录
迪特·布劳恩教授领导的LMU物理学家已经展示了这个难题是如何解决的
他们已经表明，对现代tRNA分子结构的微小修改使它们能够自主地相互作用，形成一种能够指数复制信息的复制模块
这一发现表明，tRNAs——现代细胞中转录和翻译之间的关键中介——也可能是最早生命系统中复制和翻译之间的关键联系
因此，它可以为基因信息和蛋白质孰先孰后的问题提供一个简洁的解决方案。 引人注目的是，就其序列和整体结构而言，tRNAs在生命的所有三个领域都是高度保守的，即
e
单细胞古细菌和细菌(缺乏细胞核)和真核生物(细胞中含有真核的生物)
这一事实本身表明tRNAs是生物圈中最古老的分子之一
就像生命进化的后期步骤一样，复制和翻译的进化——以及它们之间的复杂关系——并不是一步到位的结果
它被更好地理解为进化旅程的顶点
迪特·布朗说:“自我复制、自我催化、自我组织和条块分割等基本现象可能在这些发展中发挥了重要作用。”
“更一般地说，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，布劳恩和他的同事使用了一组相互互补的脱氧核糖核酸链，这些链模仿了现代真核生物的特征形式
每一根都由两个“发夹”组成(之所以这样称呼是因为每一根都可以部分地与自己配对，形成一个细长的环状结构)，中间由一个信息序列隔开
八条这样的链可以通过互补碱基配对相互作用形成一个复合体
根据中央信息区指示的配对模式，这个复合体能够编码一个4位二进制代码
每个实验都从一个模板开始——一个信息结构，由两种类型的中心信息序列组成，它们定义了一个二进制序列
这个序列决定了互补分子的形式，它可以在可用链池中与之相互作用
研究人员继续证明了模板化的二进制结构可以重复复制
e
通过应用冷暖之间的温度波动的重复序列来放大
布劳恩说:“因此可以想象，这种复制机制可能发生在早期地球的热液微系统中。”
特别是，被捕获在海底多孔岩石中的水溶液会为这种反应循环提供有利的环境，因为在这种环境中，由对流产生的自然温度振荡是已知的
在复制过程中，互补链(来自分子池)与模板链的信息段配对
随着时间的推移，这些链的相邻发夹也配对形成稳定的主干，温度振荡继续驱动扩增过程
如果温度升高一小段时间，模板链就会从新形成的复制体中分离出来，两者都可以在下一轮复制中作为模板链
该团队能够证明该系统能够进行指数级复制
这是一个重要的发现，因为它表明复制机制特别能抵抗由于错误累积而导致的崩溃
复制器复合体的结构本身类似于现代tRNA的事实表明，早期形式的tRNA可能参与了分子复制过程，在tRNA分子在将信使RNA序列翻译成蛋白质中发挥现代作用之前
亚历山德拉·肯莱因说:“在早期进化场景中，复制和翻译之间的这种联系可以为先有鸡还是先有蛋的问题提供解决方案。”
它还可以解释原转译核的特征形式，并在转译核被用于翻译之前阐明其作用
关于生命起源的实验室研究和达尔文进化论在化学聚合物层面的出现也对生物技术的未来产生了影响
布劳恩总结道:“我们对早期分子复制形式的研究，以及我们对复制和翻译之间联系的发现，使我们更接近生命起源的重建。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
