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为什么我们的遗传密码在30亿年前停止进化了？
转移核糖核酸（tRNA）只运20个氨基酸
来源：中国生物技术网 2016-05-09 15:51
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这似乎看起来像是错按键盘打出的乱码，但其实这是一条DNA序列，且这条DNA序列确实意义重大，它存在于你身体的每一个细胞中，在你养的猫狗体内，在你盘中的鱼、花园中的蜜蜂与蝴蝶，甚至你的肠道细菌中。事实上，你在地球上任何地方找到的生物，从深海底沸腾的热泉生物到云端的冰冷细菌，都拥有这条DNA序列。甚至，在一些严格意义上并不算有生命的东西，比如一种叫做“拟菌病毒”的巨型病毒里，你也能找到它。
这条DNA序列分布如此广泛，是因为它诞生于所有生命的共同祖先体内......。地球上的生命生生不息，不断进化着，然而截止到地球历史上的某个时间点时，驱动进化的遗传密码却冻结了，现在进化所使用的遗传密码与三十亿前是一样的。也就是说，你体内一些DNA的年龄已高达三十亿岁！
现在，科学家认为进化是由于DNA翻译成蛋白质的方式而受到了限制。
科学家认为进化会由于DNA翻译成蛋白质的方式而受到限制。西班牙科学家认为，tRNA的受限特性是造成遗传密码停止进化的原因。
西班牙的一个遗传研究小组开始关注转移核糖核酸（tRNA）。tRNA将蛋白质的组成部分转移到组装线上，所以这些部分可以被正确地排列组合。
被誉为分子生物学之父的Francis Crick在二十世纪60年代描述了精密的遗传密码系统，他也因此获得了诺贝尔奖，他将这种现象称为“冻结事故”。
这是由于遗传机制进化为与20种氨基酸（蛋白质的组成部分）相关，这就导致无法再进行扩展，使遗传机制超过三十亿年都没有发生变化。
人体不但可以将这些可用的氨基酸组合成为蛋白质，还会使用一些与遗传机制无关的氨基酸，它们依赖于复杂的化学通路。
科学家认为我们的遗传密码已经冻结超过数十亿年，由于缺少分子而无法再进行扩展。这些分子将蛋白质的组成部分运输到细胞，但是只能处理20种氨基酸。
理论上，遗传密码可以扩展到使用63种氨基酸，但是这条路径在几十亿年前就阻塞了。但是，如果读取DNA和翻译为蛋白质的遗传机制涉及到超过20个氨基酸，那么似乎会在蛋白质的生产过程中出现很多错误。这会导致蛋白质合成错误，并最终导致生物系统崩溃。
生物医学研究所的基因学家Lluís Ribas de Pouplana教授说：“基于遗传密码的蛋白质合成是生物系统的决定性特征，准确地翻译信息非常重要。”每个tRNA有两个关键部位，其中一个与特定氨基酸的一端相连，另一个识别遗传密码的三字母标记，但是多个基因标记可以为同一个氨基酸编码。这两个区域的结合使tRNA具有特性。
根据该小组的研究，遗传密码无法扩展到超过20个氨基酸的原因在于，无法在不使系统混乱的情况下创造出新的tRNA。
Ribas教授对MailOnline说：“我们的工作表明，遗传代码的中央部分，即tRNA，无法为生物系统覆盖足够的特征元素以区分63种氨基酸。”
遗传的路障
遗传密码只能使用20种氨基酸生成蛋白质，无法再扩展。使用超过20种氨基酸会导致生物系统崩溃，因为遗传机制会误读指示，继而生成有错误的蛋白质。
理论上，遗传密码可以扩展至使用63种氨基酸，但是这条遗传道路在数十亿年前就不通了。科学家们认为这是由于缺少RNA分子，RNA可以将氨基酸运输到组装蛋白质的地方。他们认为新兴的合成生物学技术可以克服自然的限制，并扩大可使用的遗传密码。
每个tRNA有两个关键部位，它们的结合赋予了RNA特性。根据这个小组的研究，遗传密码被冻结的原因在于，无法在不使系统混乱的前提下生成新的tRNA。
遗传学家认为新兴的合成生物学技术可以克服这种限制，扩大可使用的遗传密码范围。
由于每一种新的氨基酸都需要新的tRNA，tRNA的极限达到之后，就确定了可以使用多少种氨基酸。在过去，这个极限数量是20，已经超过30亿年没有改变。但是该研究小组正在寻求利用合成生物学技术克服这一极限。
Ribas教授解释说：“这个极限不会自然地被突破，它是造成分子多样性的瓶颈。然而，我们可以通过人为的方式使用细胞使用的氨基酸数量突破目前的极限。在自然背景下添加新的氨基酸需要大量的系统工程来代替自然完成不能做的事情。如何执行这些系统工程是现在面对的主要问题。”
这项研究发表在《Science Advances》上。(生物谷 Bioon.com)
http://news.bioon.com/article/6682365.html |
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发表于 2016-5-10 17:35:17
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