这种糖能解释 RNA 的来源吗？
在当今的生物体中，RNA 和 DNA 等复杂分子是在酶的帮助下构建的。 那么，在生命（和酶）存在之前，这些分子是如何形成的呢？ 为什么有些分子最终成为生命的基石，而其他分子却没有？ 斯克里普斯研究中心的科学家们的一项新研究有助于回答这些长期存在的问题。 结果发表在化学杂志Angewandte Chemie2025 年 6 月 27 日，展示了核糖如何成为 RNA 发育的首选糖。 他们发现核糖比其他糖分子更快、更有效地与磷酸盐（RNA 的另一种分子成分）结合。 这一特征可能有助于选择核糖以包含在生命分子中。 “这证实了这样一种观点，即这种类型的益生元化学可能产生了 RNA 的组成部分，然后可能导致表现出逼真特性的实体，”通讯作者、化学教授 Ramanarayanan Krishnamurthy 说斯克里普斯研究。 核苷酸是 RNA 和 DNA 的组成部分，由与磷酸基团结合的五碳糖分子（核糖或脱氧核糖）和氮基碱基（分子中编码信息的部分，例如 A、C、G 或 U）组成。 克里希那穆蒂的研究旨在了解这些复杂的分子是如何在原始地球上产生的。 具体来说，这项研究的重点是磷酸化，即核苷酸构建中核糖连接到磷酸基团。 “磷酸化是生命的基本化学成分之一; 它对结构、功能和新陈代谢至关重要，“Krishnamurthy 说。 “我们想知道，磷酸化是否也能在启动所有这些事情的原始过程中发挥基础作用？” 从之前的工作中，该团队知道核糖与一种称为二酰胺磷酸 （DAP） 的磷酸盐供体分子结合时可以磷酸化。 在这项研究中，他们想知道是否其他类似的糖也可能发生这种反应，或者核糖是否有特殊之处。 为了测试这一点，研究人员使用受控化学反应来研究核糖与化学组成相同但形状不同的其他三种糖分子（阿拉伯糖、番茄糖和木糖）相比，核糖被 DAP 磷酸化的速度和效果如何。 然后，他们使用一种称为核磁共振 （NMR） 波谱的分析技术来表征分子由每个反应产生。 他们表明，虽然 DAP 能够磷酸化所有四种糖，但它磷酸化核糖的速度要快得多。 此外，与核糖的反应仅产生具有五个角的环形结构（例如，5 元环），而其他糖形成 5 元和 6 元环的组合。 “这确实向我们表明，核糖和其他三种糖之间存在差异，”Krishnamurthy 说。 “核糖不仅会做出反应它比其他糖更快，对五元环形式也更具选择性，这恰好是我们今天在 RNA 和 DNA 中看到的形式。 当他们将 DAP 添加到含有等量四种不同糖的溶液中时，它优先磷酸化核糖。 虽然其他三种糖“卡”在反应的中间点，但很大一部分核糖分子被转化为一种可能与核碱反应形成核苷酸。 “我们得到的是二合一：我们表明核糖从糖混合物中选择性地磷酸化，我们还表明这种选择性过程会产生一种有利于制造 RNA 的分子，”Krishnamurthy 说。 “这是一个额外的好处。 我们没有预料到反应会在有利于产生核苷酸的阶段暂停。 研究人员警告说，即使这些反应都可以以非生物方式发生，但这并不意味着它们是必然导致生命的反应。 “研究这些类型的化学物质有助于我们了解什么样的过程可能导致了构成当今生命的分子，但我们并不是声称这种选择是导致 RNA 和 DNA 的原因，因为这是一个相当大的飞跃，”Krishnamurthy 说。 “在获得 RNA 之前，还有很多其他事情需要发生，但这是一个好的开始。” 在未来的研究中，该团队计划测试这种化学物质是否反应可以发生在称为“原细胞”的原始细胞结构内。 “下一个问题是，核糖能否在原细胞内选择性富集，能否进一步反应在原细胞内产生核苷酸？” 克里希那穆蒂说。 “如果我们能做到这一点，它可能会产生足够的张力来迫使原细胞生长和分裂——这正是我们生长方式的基础。” 除了 Krishnamurthy 之外，研究“戊糖中核呋喃糖异构体的选择二酰胺磷酸磷酸化“由 Harold A. 斯克里普斯研究公司的克鲁兹。 这项工作得到了 NASA 天体生物学外生物学拨款 （80NSSC22K0509） 的支持。