科学家重现40亿年前蛋白质结构探究生命起源

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科学家重现40亿年前蛋白质结构探究生命起源

2013年08月13日 09:45   新浪科技

[url=http://tech.sina.com.cn/d/2013-08-13/09458632840.shtml][/url]

新浪科技讯，北京时间8月13日消息，现代的蛋白质具有十分多样的结构，但科学家对这些结构的演化却知之甚少。在8月8日发表于《结构》(Structure，《细胞》杂志的子刊)杂志的一项研究中，这一谜题得到了初步解答。研究者重建了40亿年前的蛋白质结构，并观察它们的特征以及其组成成分。通过X射线对晶体结构的分析，科学家清楚地观察到它们与现代细胞中蛋白质结构的差异和相似性。

在地球的“原始汤”中，作为生命基础的有机分子很可能也经历了类似自然选择的演化过程 　　地球生命在三十多亿年前是如何出现的？这个问题至今仍是一个谜。一些科学家认为是闪电击向富含氨的“原始汤”，从而产生了复杂的分子，并进一步形成了生命的前导物质；有些科学家则认为，是深海热液口的化学反应催生了细胞膜和简单的细胞结构；还有一些人认为是太空中的岩石将生命的基础物质——或者生命本身——带到了地球。回答这一问题的困难之处在于，我们很难重现如此久远时期的物质。

研究作者、来自西班牙格拉纳达大学的物理化学家何塞•桑切斯-鲁伊斯(Jose Sanchez-Ruiz)指出，目前有关细胞结构的研究主要涉及探索不同类型结构之间的差异，而要真正理解细胞如何进化，就需要从更早的材料中寻找证据，即通过研究“化石”蛋白质来进行真正的比较。

在之前的一项研究中，桑切斯-鲁伊斯及其团队通过分析硫氧还蛋白(thioredoxin)的氨基酸结构，获得了蛋白质序列的演化树。硫氧还蛋白存在于三个主要的生命域：细菌、古菌和真核生物。利用这一研究，他们重建了40亿年前属于前寒武纪的蛋白质结构，并做了进一步研究。这一方法被认为是最接近研究“化石”蛋白质的方法，我们可以借此观察现代蛋白质与古老蛋白质之间的差异和相似性。

　通过对晶体结构进行X射线分析，研究团队发现，现代的蛋白质在结构上与重建出来的“化石”蛋白质非常相似，尽管二者在氨基酸组成上有所差异。虽然这种蛋白质是在实验室中重建获得，但桑切斯-鲁伊斯认为它们与数十亿年前的蛋白质十分接近。报道称，这些蛋白质的性质与科学家预计的完全相同。研究团队称，这种蛋白质在高酸性的环境中能保持稳定，并且功能正常。科学家认为，地球早期曾经历过高温，并且海洋呈酸性。
　　当然，那个时期的蛋白质已经没有任何痕迹，因此我们也无法确切地知道这些重建的蛋白质到底有多接近实际情况。“除非我们发明了某种时间机器，否则无法确切地知道重建的效果，”桑切斯-鲁伊斯说，“但从我们对这些蛋白质的测定结果得知，它们的性质与我们所预想的40亿年前的蛋白质是一致的。”
　　这一新的发现支持了一个名为“间断平衡”的演化模型。在这个模型中，蛋白质结构在很长的时期里保持稳定，只会间歇性地发生变化。该研究还为科学家提供了关于细胞结构和氨基酸序列的有价值信息，并打开了一扇通往蛋白质设计的大门——或许蛋白质工程和生物技术领域就将迎来一个新的跨越。(任天)