科學家或解開遺傳機制數十億年不變之謎：DNA本身存在限制

2016年05月16日 09:52 新浪科技

　　

科學家認為，遺傳機制之所以不再變化，可能是因為DNA翻譯產生蛋白質的方式本身存在著某種限制。科學家認為，遺傳機制之所以不再變化，可能是因為DNA翻譯產生蛋白質的方式本身存在著某種限制。
科學家們認為轉運RNA沒有足夠的識別要素，因此遺傳機制數十億年來再也沒有改變過。轉運RNA能夠將合成蛋白質的「磚塊」運送到「裝配線」上，但品種有限，只能對應20種氨基酸。　　科學家們認為轉運RNA沒有足夠的識別要素，因此遺傳機制數十億年來再也沒有改變過。轉運RNA能夠將合成蛋白質的「磚塊」運送到「裝配線」上，但品種有限，只能對應20種氨基酸。
　　新浪科技訊 北京時間5月16日消息，地球上的生命一直處在不斷進化之中，但控制這一過程的基因代碼卻始終不變，還是同樣的組成部分，同樣的排列方式，與數十億年之前別無二致。

　　在歷史上的某個時間點，我們的遺傳機制忽然達到了平台期，基因代碼從此固定了下來，不會再發生任何改變。

　　科學家認為，其中的原因可能是DNA翻譯產生蛋白質的方式本身存在著某種限制。

　　西班牙的一支基因學家團隊對轉運RNA(tRNA)進行了研究。轉運RNA能夠將合成蛋白質的「磚塊」運送到「裝配線」上，讓它們以正確的順序連接在一起。

　　弗朗西斯?克里克(Francis Crick)於上世紀60年代破解了基因密碼的內在機制，因此贏得了諾貝爾獎。他將該機制稱作「凍結事故」。這是因為遺傳機制只能使用20種氨基酸(合成蛋白質的原料)，而這一數字已經超過30億年沒有增加過了。

　　人類可以在體內將這些氨基酸合成蛋白質，但我們也需要遺傳機制無法產生的、額外的氨基酸。

　　從理論上來說，基因密碼可以使用63種氨基酸，但在數十億年前，這一數字卻遇到了某種障礙，沒能繼續增長下去。

　　但如果我們能夠利用的氨基酸超過了20種，在合成蛋白質的過程中就可能經常出現各種各樣的誤差，製造出錯誤的蛋白質，最終導致整個生物系統土崩瓦解。

每個轉運RNA都有兩塊關鍵區域，這兩塊區域的不同組合為每個tRNA賦予了獨特的身份。如果氨基酸種類過多的話，在產生新的tRNA時，整個系統肯定會出現混亂。　　每個轉運RNA都有兩塊關鍵區域，這兩塊區域的不同組合為每個tRNA賦予了獨特的身份。如果氨基酸種類過多的話，在產生新的tRNA時，整個系統肯定會出現混亂。
該團隊同時還將目光投向了合成生物學這一新領域，希望能突破大自然的限制，進一步擴大遺傳密碼範圍。　　該團隊同時還將目光投向了合成生物學這一新領域，希望能突破大自然的限制，進一步擴大遺傳密碼範圍。
　　「根據遺傳密碼進行的蛋白質合成是生物系統的決定性標誌，最重要的就是保證信息的翻譯準確無誤。」 西班牙生物醫藥研究所的一名基因學家、本文的主要作者路易斯?里巴斯?德?波普拉納教授(Lluís Ribas de Pouplana)解釋道。

　　每個轉運RNA都有兩塊關鍵區域，其中一端與一種特定的氨基酸相連，另一端則負責識別由三個鹼基構成的密碼子——但同一種氨基酸可以對應多種密碼子。這兩塊區域的不同組合為每個tRNA賦予了獨特的身份。


　　該研究團隊表示，遺傳密碼之所以只能利用20種氨基酸，是因為如果氨基酸種類過多的話，在產生新的tRNA時，整個系統肯定會出現混亂。

　　里巴斯教授說道：「我們的研究工作顯示，轉運RNA沒有足夠的識別要素，因此這個系統無法識別出63種不同的RNA。由於每種氨基酸都需要對應一種專門的轉運RNA，轉運RNA數量的上限也就決定了能利用的氨基酸數量的上限。這一上限碰巧就是20種，而且已經30億年沒有變過了。」

　　但該團隊同時還將目光投向了合成生物學這一新領域，希望能突破大自然的限制，進一步擴大遺傳密碼範圍。

　　里巴斯教授解釋道：「這一限制不可能自然而然地發生改變，你可以將它稱作分子多樣性的瓶頸。但我們可以在實驗室中人為地增加細胞使用的氨基酸的數量。在自然環境中，添加新的氨基酸需要整個生物系統進行非常大的調整，我認為我們的研究工作再次證明了這一點。大自然是做不到這樣的事情的。在此次研究之後，如何進行這樣的調整就是我們面臨的主要問題。」(葉子)