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那位化学平衡·热泳先生既然是个随心所欲的家伙,他的连笔字想来也不工整。在最初的RNA世界,核苷酸的聚合反应并没有酶来催化,磷酸与核糖也就不像今天这样总能连成一条整整齐齐的骨架,而很可能一不小心就连出什么乱七八糟的结构,甚至与其他莫名其妙的物质杂糅起来。其中一些活性非常高,能够携带各种官能团的,就是原始的辅酶了。
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图4—8 乙酰辅酶A路径和逆三羧酸循环里出现的4种重要的辅酶,它们在结构上都与RNA有些关系:深黄色的部分就是一个RNA单体,淡黄色的部分是核糖或者核糖醇,蓝色部分是标准碱基之外的几种含氮碱基。(作者绘)
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想想看吧,这真是激动人心的想法:RNA世界才刚刚开始,我们就已经有了能量通货,有了各种辅酶,那么第三幕里的那些路径啊,循环啊,就与如今的细胞里的情形没什么不同了,这显然会极大地促进那些物质代谢与能量代谢,让一切运转都迅速起来——要是再能有些酶,那就完美了。
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这可未必是个遗憾,因为一些锐意的研究者已经提出,这些辅酶就曾经是某些长链RNA的活性末端,因为这个位置上的核苷酸最容易杂糅其他物质,长链RNA也将因此成为强大的酶,实实在在地催化那些代谢反应。但在后来的进化中,蛋白质出现了,它们的催化能力更加强大,在进化中逐渐取代了RNA的长链部分,只把RNA的活性末端保留下来,那活性末端就以辅酶的身份在进化中继续发挥作用,直到今天VIII。
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[1]“甲醛聚糖”的英文作“formose”,乍看上去很像拉丁语的“美丽”(formosa),但它们没有任何词源上的关系。“formose”是截取了“formaldehyde”(甲醛)的前半部分和“aldose”(醛糖)的后半部分,“混成”来的。在这里,“混成”是一种在英语里很常见,在汉语里却十分罕见的构词法,如果要“信、达、雅”地直译一个混成词,就会非常棘手,所以“甲醛聚糖”这四个字就完全是意译来的。但是,如果一定要追求优雅的直译,我们又会得到一些妙趣横生的故事——1968年,中国的汉语言学之父赵元任先生翻译了路易斯·卡罗尔的《爱丽丝镜中奇遇记》,在处理那首英语文学里最杰出的荒诞诗《炸脖伏诛记》的时候,就遇上了一连串的这样的难题。然而这些难题、那首诗的形式,以及那首诗的内容,都刚好与这一章的内容充满了有趣的联系。实际上,这本书的这一章原本并不是这样写成的,这本书的作者试着重新翻译了那首诗,讲述一个小英雄屠龙与RNA世界极早期交错起来的故事。出版社的编辑为我这个精妙的奇想掉了太多头发,为了保住他们剩余的秀发,这本书的作者不得不删掉了他很喜欢的大部分内容,只留下你现在看到的这一部分。不过,读到这里,你仍然有机会看到那原来的写法,因为这本书的作者也把原本的这一章发表在了他的微博上,你可以通过下面的网址,找到这一章完整的样子。
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微博:https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404651038341726521
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豆瓣:https://www.douban.com/note/805932203/
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[2]像这样两个醛或酮“混成”一个新的醛或酮的反应,在工业上叫作“醇醛反应”,是化工业上延长碳链的最重要的反应。其中,“aldol”(醇醛)这个词又是“aldehyde”(醛)和“alcohol”(醇)混成来的。
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[3]一个更具体的微观原因是有五六个碳原子的糖可以自发地异构成环状,这让它们更加稳定,这也是为什么在这本书,或者任何一本涉及生物化学和有机化学的图书里,这些糖都会被画成五边形和六边形。
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[4]见第九章“雷电仙胎”一节。
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[5]英文原题“Revealing the Origins of Life”,在线播放链接为https://www.pbs.org/wgbh/nova/video/revealing the-origins-of-life/。
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[6]具体来说,是因为它与铁离子极其亲和,能够与线粒体内膜上的复合物IV牢固结合,阻断电子传递链。
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[7]实际上,核苷酸的产生方式多得很,甚至未必来自核糖、碱基和磷酸的直接缩合。直接给核糖逐渐添加材料,变成核苷酸,也同样是可行的。
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[8]核酸的链条区分前后,互补序列不但要颠倒对应的嘌呤和嘧啶,还要颠倒整个次序。所以,存在互补配对之后与原序列相同的碱基序列,比如“AGUACU”的互补序列就仍然是它本身。另外,在真实的细胞内,也有一些非常精细的RNA调控手段,例如专门合成一段没有意义的镜像序列出来。比如许多细菌和古菌要对抗病毒,就能合成病毒序列的镜像序列,然后用这段镜像序列与病毒序列配对结合,使病毒序列失去功能。这被称为“常间回文重复序列丛集/常间回文重复序列丛集关联蛋白系统”,缩写为“CRISPR/Cas”,如今已经被广泛应用到基因工程中,是调控基因表达的重要手段。
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[9]这里需要稍微留意的是,在溶液内,核苷一磷酸聚合成RNA与RNA水解成核苷一磷酸,互为逆反应。但在细胞内,聚合成RNA的是核苷三磷酸,但RNA水解成的是核苷一磷酸,所以严格地说,这是两个互相关联,但并不相同的化学平衡,这里为了叙述方便,忽略掉了中间的细节。
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生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? 第十三章下落不明的圣杯
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自己复制自己的RNA
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一般的酶都由蛋白质构成,因为蛋白质能够在三维空间里盘绕成复杂的形态,催化各种化学反应。但在20世纪70年代,我们发现RNA也能盘绕成足够复杂的三维形态,同样表现出丰富的催化能力,这就是RNA世界假说最根本的理论来源。
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RNA世界假说的核心内容,是RNA分子可以催化自我复制,由此打破遗传和代谢的两难。所以在实验室里找到这样一种RNA,证明RNA分子真的有这个能力,就成了一个研究热点,而这并不是容易的事情。
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当我们赞叹这个星球上的生命是如此地多姿多彩时,我们实际上在赞叹什么?
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我们实际上是在赞叹第六章里那“生命的信息”是如此丰富,赞叹生物大分子能够如此多样,尤其是蛋白质的多样。它们虽然只是一条氨基酸缀成的链条,却能在三维空间中盘绕出各种各样的形状,拥有近乎无限的可能,就像《圣斗士星矢》里阿瞬的星云锁链一样,能变化成各种各样的利器,应对各种各样的挑战。在第六章的第二篇“延伸阅读”和第九章的“延伸阅读”中,我们已经有过很详细的讨论,任何一本关于分子生物的读物,也都会展示更加丰富的具体例子,所以我们就不再做多余的介绍了。
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