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西班牙生物医药研究所破解遗传机制不变之谜:DNA本身存在限制
西班牙生物医药研究所破解遗传机制不变之谜:DNA本身存在限制
2016/5/16 9:03:00 | 浏览:1004 | 评论:0
西班牙生物医药研究所破解遗传机制不变之谜:DNA本身存在限制

科学家认为,遗传机制之所以不再变化,可能是因为DNA翻译产生蛋白质的方式本身存在着某种限制。
西班牙生物医药研究所破解遗传机制不变之谜:DNA本身存在限制

 科学家们认为转运RNA没有足够的识别要素,因此遗传机制数十亿年来再也没有改变过。转运RNA能够将合成蛋白质的“砖块”运送到“装配线”上,但品种有限,只能对应20种氨基酸。

  地球上的生命一直处在不断进化之中,但控制这一过程的基因代码却始终不变,还是同样的组成部分,同样的排列方式,与数十亿年之前别无二致。

  在历史上的某个时间点,我们的遗传机制忽然达到了平台期,基因代码从此固定了下来,不会再发生任何改变。

  科学家认为,其中的原因可能是DNA翻译产生蛋白质的方式本身存在着某种限制。

  西班牙的一支基因学家团队对转运RNA(tRNA)进行了研究。转运RNA能够将合成蛋白质的“砖块”运送到“装配线”上,让它们以正确的顺序连接在一起。

  弗朗西斯.克里克(Francis Crick)于上世纪60年代破解了基因密码的内在机制,因此赢得了诺贝尔奖。他将该机制称作“冻结事故”。这是因为遗传机制只能使用20种氨基酸(合成蛋白质的原料),而这一数字已经超过30亿年没有增加过了。

  人类可以在体内将这些氨基酸合成蛋白质,但我们也需要遗传机制无法产生的、额外的氨基酸。

  从理论上来说,基因密码可以使用63种氨基酸,但在数十亿年前,这一数字却遇到了某种障碍,没能继续增长下去。

  但如果我们能够利用的氨基酸超过了20种,在合成蛋白质的过程中就可能经常出现各种各样的误差,制造出错误的蛋白质,最终导致整个生物系统土崩瓦解。


西班牙生物医药研究所破解遗传机制不变之谜:DNA本身存在限制


 每个转运RNA都有两块关键区域,这两块区域的不同组合为每个tRNA赋予了独特的身份。如果氨基酸种类过多的话,在产生新的tRNA时,整个系统肯定会出现混乱。
  
西班牙生物医药研究所破解遗传机制不变之谜:DNA本身存在限制
 
该团队同时还将目光投向了合成生物学这一新领域,希望能突破大自然的限制,进一步扩大遗传密码范围。

  “根据遗传密码进行的蛋白质合成是生物系统的决定性标志,最重要的就是保证信息的翻译准确无误。” 西班牙生物医药研究所的一名基因学家、本文的主要作者路易斯.里巴斯.德.波普拉纳教授(Lluís Ribas de Pouplana)解释道。

  每个转运RNA都有两块关键区域,其中一端与一种特定的氨基酸相连,另一端则负责识别由三个碱基构成的密码子——但同一种氨基酸可以对应多种密码子。这两块区域的不同组合为每个tRNA赋予了独特的身份。

  该研究团队表示,遗传密码之所以只能利用20种氨基酸,是因为如果氨基酸种类过多的话,在产生新的tRNA时,整个系统肯定会出现混乱。

  里巴斯教授说道:“我们的研究工作显示,转运RNA没有足够的识别要素,因此这个系统无法识别出63种不同的RNA。由于每种氨基酸都需要对应一种专门的转运RNA,转运RNA数量的上限也就决定了能利用的氨基酸数量的上限。这一上限碰巧就是20种,而且已经30亿年没有变过了。”

  但该团队同时还将目光投向了合成生物学这一新领域,希望能突破大自然的限制,进一步扩大遗传密码范围。

  里巴斯教授解释道:“这一限制不可能自然而然地发生改变,你可以将它称作分子多样性的瓶颈。但我们可以在实验室中人为地增加细胞使用的氨基酸的数量。在自然环境中,添加新的氨基酸需要整个生物系统进行非常大的调整,我认为我们的研究工作再次证明了这一点。大自然是做不到这样的事情的。在此次研究之后,如何进行这样的调整就是我们面临的主要问题。”
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