包括光合作用和呼吸作用在內(nèi)的許多生物學(xué)過程，都涉及到電子的轉(zhuǎn)移（電子從一種化合物轉(zhuǎn)移到其他化合物）。現(xiàn)在科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在與早期地球類似的條件下，RNA能夠催化電子轉(zhuǎn)移，在生命之初實現(xiàn)復(fù)雜的生化過程。這項研究于五月十九日發(fā)表在Nature Chemistry雜志上。

這項重要證據(jù)，再次強(qiáng)調(diào)在DNA及其編碼的蛋白出現(xiàn)之前，RNA對于早期生命進(jìn)化的核心作用。在三十多億年前的地球上，環(huán)境中缺乏氧，但可溶性鐵的豐度很高。

“我們的研究顯示，在無氧環(huán)境中RNA與鐵合作，能夠展現(xiàn)出強(qiáng)大的催化能力，讓單電子轉(zhuǎn)移得以實現(xiàn)。絕大多數(shù)復(fù)雜生化過程都與電子轉(zhuǎn)移有關(guān)，而人們此前并不知道RNA還有這樣的催化功能，”Georgia理工學(xué)院化學(xué)與生化教授Loren Williams說。

大約三十多億年前，地球的大氣中幾乎不存在自由氧。自由氧是作為光合作用的產(chǎn)物進(jìn)入環(huán)境的，能夠腐蝕地球上的鐵。鐵一直是生命所必需的元素，不過高等生物所生產(chǎn)的自由氧，會使鐵變得有毒性。Williams認(rèn)為，原本RNA結(jié)合、折疊和催化使用的是鐵，而隨著環(huán)境的轉(zhuǎn)變，這些過程開始使用鎂來代替它。

Williams和博后Chiaolong Hsiao對RNA/鐵離子Fe2+溶液和RNA/鎂離子Mg2+溶液進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的過氧化物酶分析，檢測溶液中的電子轉(zhuǎn)移情況。他們發(fā)現(xiàn)，在無氧條件下，十種不同類型的RNA/鐵離子Fe2+溶液都能催化單電子轉(zhuǎn)移。其中豐度最高也最古老的兩種RNA（23S核糖體RNA和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA），比其他RNA催化電子轉(zhuǎn)移的效率更高。而RNA/鎂離子Mg2+溶液無法在無氧環(huán)境中催化單電子轉(zhuǎn)移。

“我們的研究顯示，與目前的環(huán)境相比，RNA在早期地球環(huán)境中的催化能力更大。我們的實驗再現(xiàn)了RNA的潛在功能，”Williams補(bǔ)充道。

這項新研究是在Williams團(tuán)隊之前工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。他們?nèi)ツ晡逶略?/SPAN>PLoS ONE雜志上發(fā)表文章，通過實驗和數(shù)值模擬提出，鐵能夠在無氧條件下替代鎂，參與RNA的結(jié)合、折疊和催化。研究顯示，在無氧環(huán)境中用鐵替代鎂之后，RNA的形態(tài)和折疊結(jié)構(gòu)不變，且RNA的功能活性增加。

研究人員計劃在下一步研究中分析，RNA是否能夠通過與早期地球的多種金屬相互作用，獲得其他的特殊功能。