生命为何只有4个字母?热力学告诉你(图)

【字体: 时间:2003年03月07日 来源:

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    [生物通讯]编码基因的DNA是由只有4个化学“字母”A、C、G 和 T组成的冗长序列构成的。已经有点过时的热力学或许可以部分地解释个中原因。

    每个细胞的细胞核内,DNA长链通过仅4个化学碱基--腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶的组合编码了一个生物体的全部基因。在DNA的双螺旋结构中,腺嘌呤与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤与胞嘧啶配对。细胞利用曾经是一个基因的DNA来产生互补的RNA链,以RNA为模板合成执行机体各种任务的蛋白质。但科学家不知道为什么组成DNA的碱基只有4个,而不是两个或6个。

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    在3月4日于奥斯丁举行的美国物理学会年会上,研究人员声称这个问题的答案可能不在于DNA自身,而是在于缠结复杂的RNA链的热力学机理。多年前,生物学家就开始怀疑,世界上的第一个“生命”不是以DNA为遗传材料的生物,而是以发展出复制诀窍的RNA为遗传基础的。RNA也是由4个碱基构成的:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶,与DNA的碱基组成只有一个差异

    与互补的DNA双链缠绕成幽雅的双螺旋结构相比,RNA链可谓是乱糟糟的一团。每个RNA链都力图通过缠绕、折叠和互补来降低消耗的能量,但它们也通过保持自由和未缠绕状态来力图增加其无秩序性--也就是熵。最终,每条链都进行折衷,形成一种决定其分子行为的形状。根据新泽西州普林斯顿NEC研究所的Rajan Mukhopadhyay在会议上报告的新计算,如果RNA含有4个或6个碱基而不是两个,这个形状的稳定性就会大大增加。因此原始RNA世界里的生命需要4个化学碱基,Mukhopadhyay说。而RNA将这个特点传递给了更为复杂的DNA生命。

    但这项研究没有解释为什么早期的RNA生命没有6个或更多碱基,加拿大渥太华大学研究DNA的Gary Slater说道。RNA如果由更多碱基组成,就有携带更多信息的优势,他补充说。

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