生命的生化网络可能是自发形成的

铁促进了普遍代谢前体的合成和分解

近日，法国斯特拉斯堡大学的研究人员发现，在富含铁盐的水中混合两个小的生物分子——乙醛酸和丙酮酸，就会产生一个类似于生命核心生物化学过程的反应网络。这一发现为我们了解早期地球上的化学物质是如何引发最古老生命的进化提供了线索，相关论文发表在《自然》杂志上。

研究地球上生命起源的科学家们一直在努力解释生命的生物化学过程是如何在40多亿年前开始的。生物化学过程仅仅围绕由C（碳）、O（氧）和H（氢）构成的五种普遍的代谢前体组织起来——就像大城市的交通拥堵仅仅围绕几个交通枢纽形成一样。为什么生命会在无数的选择中使用这样的分子和化学反应，这完全是一个谜。

过去几年，斯特拉斯堡大学的Joseph Moran教授领导的一组研究人员一直在研究生物代谢的起源。最近，该小组重新创建了一个纯化学等效的乙酰辅酶A途径，这是微生物利用二氧化碳生产乙酸盐（两个碳）和丙酮酸盐（三个碳）的反应。从二氧化碳制造的产物中合成出比三碳化合物更大的化合物正是进展停滞的地方。要完成这样的壮举，生命需要复杂的酶和化学能量载体ATP（三磷酸腺苷）。但是酶和ATP的结构都很复杂，不可能存在于没有生命的地球上。那么，在酶和ATP出现之前，生命是如何形成生物化学过程的呢？

Moran解释说：“这项突破来自于，我们意识到化学代谢在保留大的图景的同时，可能以一种与如今略微不同的方式发挥作用。”在理论生物学家Daniel Segre早些时候发表的一个模型中，该团队受到了双碳代谢物乙醛酸盐的核心作用的启发。另一个线索来自有机化学家Ram Krishnamurthy和Greg Springsteen，他们报告说丙酮酸（三个碳）和乙醛酸（两个碳）很容易在水中反应形成C-C键。Kamila Muchowska是Moran团队的博士后研究员，也是目前这项研究的第一作者。随着时间的推移，这个网络不仅变得越来越复杂，而且还会把中间产物分解成二氧化碳，就像生命一样。Moran说：“通过这种方法获得的类似生命的化学系统在概念上类似于生物合成代谢和分解代谢的功能——不需要酶，只需要添加铁。”

作为研究的一部分，研究人员测试了氮源和电子源进入系统后会发生什么。“当我们在实验中加入羟胺和金属铁时，反应网络产生了四种生物氨基酸，”该研究的合著者Sreejith Varma解释说。Moran说：“有趣的是，在遗传密码中，同样的四种氨基酸都有以G（鸟嘌呤）开头的密码子，支持新陈代谢和遗传密码可能同时出现的观点。”

新发现的反应网络与已知的生物循环有如此多的共同之处，以至于研究小组怀疑三羧酸循环和乙醛酸循环是否可能有纯粹的化学起源。Muchowska说：“我们认为，在ATP和酶存在之前，化学代谢可以通过这种方式构建生物循环的前体。”斯特拉斯堡大学的研究人员正准备研究反应网络如何随着不同元素的变化而变化，以及它是否能导致遗传分子的产生。

科界原创  

编译：花花 

审稿：三水 

责编：张梦

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：

https://m.phys.org/news/2019-05-life-biochemical-networks-spontaneously-earth.html

版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。