《自然》新研究破解生命核心謎題：首批蛋白質如何誕生？ | 深度報道

原文發表于 《科技導報》2025年第17期科技新聞-深度報道

首批蛋白質組裝機制提供生命起源新線索——研究揭示RNA或能在無預制蛋白質機制條件下促成氨基酸連接

土耳其亞勒什勒湖等堿性湖泊可能曾是地球首批蛋白質組裝的理想場所（圖片來源：

Science

作為細胞中的“萬能勞模”，蛋白質承擔著從肌肉收縮到氧氣輸送等各類功能。生命的存續依賴于蛋白質，而蛋白質的合成又依賴于RNA。除了攜帶制造蛋白質的遺傳指令，RNA還參與蛋白質的組裝過程。在現代細胞中，首先由大型蛋白質酶將RNA片段與氨基酸（蛋白質的基本組成單位）連接，隨后由RNA和蛋白質共同構成的細胞機器（核糖體）會讀取信使RNA鏈上的編碼序列，將氨基酸逐一連接成蛋白質鏈。但在數十億年前，在酶和核糖體尚未演化的時代，生命最初的蛋白質又是如何形成的？

研究人員提出了一種全新機制：在無需復雜酶或核糖體參與的情況下，RNA和氨基酸可配對組裝成小分子蛋白質（肽）。這項發表于

Nature

蛋白質合成過程（圖片來源：科學網）

倫敦大學學院化學家、研究負責人Matthew Powner表示：“這是實現生命信息分子編碼肽鏈的第一步。”慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學化學家Thomas Carell評價該研究“為解決前生命化學重大謎題提供了精彩洞見”。

蛋白質與核酸合作的核心在于RNA促進氨基酸連接的過程。氨基酸無法自發形成蛋白質，必須經過化學“激活”才能像火車車廂一樣串聯起來。現代生物通過大型酶促作用，促進氨基酸與細胞能量分子ATP的反應，生成一種特殊形態的氨基酸，并與RNA發生化學反應，進而形成一種活化復合物（氨酰基RNA）。之后，核糖體才能以其為原料，在剪除RNA片段的同時將氨基酸拼接成肽鏈。

自20世紀70年代以來，眾多研究團隊試圖在模擬早期地球原始環境的條件下，通過化學策略合成活化氨酰基RNA。但Powner指出，這些反應要么效率低下，要么根本無法進行，且生成的化合物在水中極不穩定，難以在早期地球長期存續。

為突破這一局限，Powner團隊轉而研究另一種高能化合物，即參與多種細胞代謝反應的泛酰硫基乙胺。2024年，研究人員證實泛酰硫基乙胺可在早期地球湖泊環境中自然形成。在這項新研究中，他們將泛酰硫基乙胺加入含有氨基酸的水中，兩者發生反應，形成名為“氨酰基硫醇”的復合物，這種物質隨時可與RNA發生反應。耶路撒冷希伯來大學生命起源化學家Moran FrenkelPinter解釋道：“這種復合物能使氨基酸與RNA結合，而非氨基酸之間的相互反應。”

RNA存在單鏈螺旋和雙鏈螺旋2種形態。當Powner團隊嘗試使氨酰基硫醇與單鏈RNA反應時，氨基酸會無序地附著在RNA鏈各處。但使用更接近現代細胞中氨基酸配對模式的雙鏈RNA時，反應生成的活化氨酰基RNA結構與酶促產物完全一致。未參與研究的倫敦大學學院生命起源化學家NickLane評價道：“這項成果令人印象深刻，即便過程略有不同，但確實呈現了生命化學的雛形。”Powner團隊進一步推進實驗，在反應體系中加入早期地球可能大量存在的硫化氫和硫代酸，成功使氨酰基RNA中的氨基酸片段自發性連接成肽鏈，且全程無需酶或核糖體參與。Lane指出，該研究目前僅能生成隨機序列的肽鏈，與核糖體通過基因調控的有序排列不同。

Lane表示：“他們尚未攻克這一難題。”Powner對此表示認同，但也指出當前研究已發現部分RNA對特定氨基酸的結合具有微弱偏好性：“這只是第一步。”

盡管“有序排列”的難題尚未破解，Lane仍認為這項研究有助于彌合生命起源研究領域不同陣營的分歧。數十年來，“RNA優先”學派強調RNA的核心作用，而“新陳代謝優先”學派則主張自維持化學網絡應先于自我復制的遺傳分子出現。Lane表示，這項研究表明高能化合物在連接氨基酸與RNA過程中發揮關鍵作用，讓“整個領域的觀點在一定程度上趨于統一”。

文 / Robert F. Service

（譯自

Science

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