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1700260275 乔伊斯制取24—3聚合酶的方法也可圈可点,那是一场很大规模的“模拟进化”。他的团队首先找来了一种比较普通的RNA复制酶RNA,把它当作“种子”。然后,他们给这个种子引入了大量的随机突变,产生了数以亿计的“变种”。接着,他们又用这些变种去复制各种模板RNA,从中选择速度和精度俱佳的变种,当作新的种子,投入下一轮的突变和筛选。所谓“24—3聚合酶”,就是第24轮的3号聚合酶。
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1700260277 目前看来,24—3聚合酶已经充分证明了RNA复制酶RNA的存在,但它的模板不能是另一个24—3酶,所以,它不能实现自我复制,还不是我们要找的“自催化RNA复制酶RNA”,而且直到本书写成的时候,还没有任何一间实验室能够找到这样一种RNA。
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1700260279 于是,杰拉德·乔伊斯就把这个下落不明的酶RNA,也就是那面能照见本身的镜子,唤作“圣杯”[16],世界各地的酶RNA研究者也很快接受了这个寓意深刻的称呼。
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1700260281 但是,他们一边在继续寻找这个失落的圣杯,另一边也在思考圣杯究竟会是怎样一副模样,比如说,圣杯究竟有几个?
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1700260283 你或许会想,一个圣杯就已经如此难以寻找,如果圣杯有许多个,那岂不是从《夺宝奇兵》变成了《龙珠》,达成目标难上加难了?
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1700260285 这倒未必。实际上,早在24—3聚合酶发现之前,2009年,杰拉德·乔伊斯就曾用那种“模拟进化”的方法找到过一个“酶RNA自复制组合”VIII。首先,第一种酶RNA能够把两种特定序列的短RNA连接起来,变成第二种酶RNA。接着,第二种酶RNA又能把另外两种特定序列的短RNA连接起来,变成第一种酶RNA。于是,只要不断地往试管内投入那4种特定序列的短RNA,这两种酶RNA就会无限地增殖彼此。平均下来,它们每小时能各自增殖一倍,这是非常不可思议的速度了。
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1700260287 只可惜,这两种酶RNA都显然不是我们要找的圣杯,因为它们需要人为添加那4种特定序列的短RNA,并不能在试管之外进化出来。类似的,2012年,美国波特兰州立大学也发现了一个“酶RNA三元催化组合”IX,这个组合也不能自由地增殖自己,但在催化效率上同样表现得非常出色,在竞争中明显超过了单一酶RNA的自我催化。
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1700260289 圣杯虽然仍未露面,但我们视野却更加开阔了。在实验室里即便找到了那么一座圣杯,在分子层面上,它也只是催化复制与自己相同,或者至少几乎相同的另一个RNA分子,而不是一个分子自己催化复制自己。然而,正如上一章的讨论,最早的RNA是随机生成的产物,要在小范围内出现两个基本相同的RNA序列,将是难以企及的低概率。但如果圣杯不是自我复制的RNA个体,而是自我复制的RNA集团,事情就容易了许多,因为能够承担催化复制任务的RNA序列数不胜数,一个环境里只要出现其中几种,它们就能互相催化复制,这个集团就能以惊人的速度呈指数级扩增,整个问题也就迎刃而解了。
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1700260291 也就是说,RNA世界假说如果是成立的,那么在它的起源之初,就更有可能是多个酶RNA相互协作、互相催化的热闹局面,这不但能大大加快反应,也能让整个系统更加稳定。在某种程度上,我们不妨将每一种RNA看作一个物种,将那个互相催化的RNA世界看作一个各物种相互依存的生态系统,这样一来,一些原本难以回答的问题,就变得豁然开朗了。
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1700260293 比如说,我们要思考第三幕里的各种地质化学反应要如何转化成生命的物质能量代谢。如果把目光单纯地聚焦在某一种酶上,追究那一种酶要如何从无生命的世界里出现,势必是痛苦而无解的。但是,在一个互利共生的RNA世界里,自我复制的RNA团体一旦开始运转,就可以兼顾复制一大批其他的RNA。在这些RNA中,如果存在某种可以促进固碳作用、促进能量代谢的酶RNA,那么,整个团体都将从中受益,复制得更多更快,容纳更多的RNA。
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1700260295 那么,在这样一个生生不息的正反馈当中,任何复杂结构的出现,就都不再有观念上的困难了。
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1700260297 [1]霍尔丹写过一本名叫“生命起源”的书,其中讨论了原始有机汤假说,我们曾在第一章遇到过他的设想。
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1700260299 [2]英国皇家学会会员西里尔·达林顿(Cyril Dean Darlington,1903—1981),英国遗传学家,发现染色体互换机制的就是他。
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1700260301 [3]但值得一提的是,DNA双螺旋的发现,又恰恰是在薛定谔这本小册子的启发之下完成的,因为薛定谔虽然不清楚遗传物质是什么,却高屋建瓴地指出那应该是一种“非周期性的晶体”,应该是一种非常巨大的分子,这个巨大的分子又由许多相似但不同的小单位组成,这些小单位按不同次序排列,就形成了遗传的编码。
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1700260303 [4]你会注意到黑色字母并不是寻常的碱基符号,那是因为成熟的转运RNA还会给某些碱基增加修饰,以调整三级结构的细节。比如“D”表示“二氢尿嘧啶”,给尿嘧啶增加了两个氢原子;“Ψ”表示“假尿嘧啶”,一种酷似尿嘧啶的嘧啶;“m⁷G”表示“在碱基G的第7个碳原子上增加一个甲基”;等等。另外,“Y”表示“C或T都可以”。
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1700260305 [5]在这里使用括号,是因为内含子的确是一些带有“括号”的碱基序列,也就是说,凡是内含子,都从某种特定的序列开始,由某种特定的序列结束,识别了这个括号序列,就找到了内含子。
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1700260307 [6]倒不是说所有的内含子都毫无意义,有些内含子就像“注释”一样,能够调控基因的表达方式,但无论如何,它们不能出现在成熟的RNA里。
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1700260309 [7]四膜虫(Tetrahymena)是一种与草履虫关系很近的单细胞真核生物,很容易养活,是遗传学和分子生物学常用的模式生物。另外,与第十一章提过的变形虫一样,它们长期以来被认为是动物,但实际上并不属于动物界,而属于SAR超类群的囊泡虫界。
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1700260311 [8]切赫选择的RNA是四膜虫的核糖体26S RNA,这个RNA带有长约400个碱基的内含子。
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1700260313 [9]需要与“酶RNA”区分的概念是“RNA酶”,“RNA酶”是指能够分解RNA的酶,通常是蛋白质,但也可能是RNA。所以,如果一个酶RNA能够催化分解RNA,就会被叫作“RNA酶RNA”。我们马上就会在下文遇到这样的东西,你可以惦记着找找看。
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1700260315 [10]蛋白质成分在酶RNA中发挥的辅助作用主要是固定底物,也就是把待催化的分子固定在容易催化的位置上,这有些类似它们在许多铁硫蛋白里扮演的角色。
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1700260317 [11]2000年,波尔·尼森(Poul Nissen)等人测得核糖体大亚基中正在形成的肽键周围的1.8nm范围内,除了23S rRNA状态域V的部分原子外,不存在任何核糖体蛋白质侧链原子,从而证明了核糖体是一种核酶。
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1700260319 [12]严格地说,自剪接内含子是先催化两次水解,再催化一次聚合,但总的来说,仍是把长的变短,把大的变小。
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1700260321 [13]经过上一章的讨论,你应该会意识到,这里所谓的“复制”包含了两次聚合过程。第一次以目标RNA为模板,聚合出它的镜像序列,第二次以镜像序列为模板,聚合出新的目标序列。但为了表述方便,下文不再区分这两次聚合,都统一称作“复制”。
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1700260323 [14]RNA复制酶主要出现在被RNA病毒感染后的细胞内,它们更正式的名称是“RNA依赖性RNA聚合酶”,但这本书为了不那么拗口,统一叫它们“RNA复制酶”。
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