利用結(jié)晶法研究了粗糟脈孢菌RNA依賴RNA聚合酶的三維結(jié)構(gòu)后,,英國與芬蘭的研究人員發(fā)現(xiàn),RNA依賴RNA聚合酶是地球上最古老的酶之一,。這個能夠繁殖沒有DNA片段的RNA分子蛋白質(zhì),,是“RNA世界”時代的殘遺物,是最古老生物擁有的第一類功能蛋白質(zhì),,早期生物的所有功能都是靠這種蛋白質(zhì)完成的,。該科研成果發(fā)表在近期的《科學(xué)公共圖書館—生物學(xué)》雜志上。
RNA聚合酶是所有活生物擁有的最重要的酶之一,,具有傳遞遺傳信息的功能,。它有兩種形式,即DNA依賴和RNA依賴,。RNA依賴RNA聚合酶是以RNA為模板合成的,,它們既存在于一些病毒中,也存在于一些高級生物中,。病毒利用這種酶復(fù)制自己的遺傳物質(zhì),,但在高級生物中,這種酶的作用就大不一樣了,,它們可繁殖出參與RNA干擾系統(tǒng)中的RNA分子,。
科研人員將粗糟脈孢菌的RNA依賴RNA聚合酶三維結(jié)構(gòu)與其他已知的RNA依賴RNA聚合酶進行比較后發(fā)現(xiàn),這些酶的三維結(jié)構(gòu)驚人的相似,蛋白質(zhì)的來源也幾乎相同,;此外,,這種酶與病毒中的RNA依賴RNA聚合酶的來源則完全不一樣。
第一個RNA聚合酶可能是在“RNA世界”時代出現(xiàn)的,。按照現(xiàn)代理論,,地球上最早的生命開始于RNA分子的繁殖。最早的活生物是RNA生物,,沒有蛋白質(zhì)和DNA,,RNA分子具有保留遺傳信息的功能,也執(zhí)行著其他蛋白質(zhì)現(xiàn)在完成的功能,。RNA生物在獲得了合成多肽的能力后,,RNA聚合酶的功能就逐漸從RNA轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì),其中的一種蛋白質(zhì)就是RNA依賴RNA聚合酶,,它保證了這些生物有效繁殖,。
研究人員認為,最早的RNA依賴RNA聚合酶應(yīng)該是他們研究的蛋白質(zhì)最簡單的一種結(jié)構(gòu),。這個最古老的酶包含一個DPBB結(jié)構(gòu)域,。后來,由于復(fù)制轉(zhuǎn)變了兩個DPBB結(jié)構(gòu),。剛開始它們是一樣,,以后出現(xiàn)了一些差別,其功能也隨即不同,。這意味著在這個階段進化方向發(fā)生了分離:有些RNA聚合酶變成了RNA依賴,而其他的則變成了DNA依賴,,也就是擁有了在DNA基礎(chǔ)上合成RNA的能力,。
研究人員認為,他們的發(fā)現(xiàn)對生命起源學(xué)說提供了一個新證據(jù):最古老的非病毒RNA依賴RNA聚合酶不是在最原始的生命中保留了下來,,而是在比較高級的真核細胞生物中保留下來,,并在這一過程中改變了其功能———在RNA世界它負責(zé)復(fù)制遺傳信息,而在真核細胞中則作為RNA干擾系統(tǒng)的一部分保留了下來,。