Nature子刊：RNA能催化電子轉移
日期：2013-05-21 14:25:53
包括光合作用和呼吸作用在內的許多生物學過程，都涉及到電子的轉移（電子從一種化合物轉移到其他化合物）。現在科學家們發現，在與早期地球類似的條件下，RNA能夠催化電子轉移，在生命之初實現復雜的生化過程。這項研究于五月十九日發表在Nature Chemistry雜志上。
這項重要證據，再次強調在DNA及其編碼的蛋白出現之前，RNA對于早期生命進化的核心作用。在三十多億年前的地球上，環境中缺乏氧，但可溶性鐵的豐度很高。
“我們的研究顯示，在無氧環境中RNA與鐵合作，能夠展現出強大的催化能力，讓單電子轉移得以實現。絕大多數復雜生化過程都與電子轉移有關，而人們此前并不知道RNA還有這樣的催化功能，”Georgia理工學院化學與生化教授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物進入環境的，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的自由氧，會使鐵變得有毒性。Williams認為，原本RNA結合、折疊和催化使用的是鐵，而隨著環境的轉變，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+溶液進行了標準的過氧化物酶分析，檢測溶液中的電子轉移情況。他們發現，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移。其中豐度最高也最古老的兩種RNA（23S核糖體RNA和轉運RNA），比其他RNA催化電子轉移的效率更高。而RNA/鎂離子Mg2+溶液無法在無氧環境中催化單電子轉移。
“我們的研究顯示，與目前的環境相比，RNA在早期地球環境中的催化能力更大。我們的實驗再現了RNA的潛在功能，”Williams補充道。
這項新研究是在Williams團隊之前工作的基礎上進行的。他們去年五月曾在PLoS ONE雜志上發表文章，通過實驗和數值模擬提出，鐵能夠在無氧條件下替代鎂，參與RNA的結合、折疊和催化。研究顯示，在無氧環境中用鐵替代鎂之后，RNA的形態和折疊結構不變，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。
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