互动科普

按照蛋白质世界假说，在原始地球上，蛋白质是由许多氨基酸互相连接起来偶然形成的。然而，在自然条件下通过氨基酸的随机连接即使偶然形成了功能合适的蛋白质，后来再接上去的氨基酸也会改变这些蛋白质的结构，使之失去已有的功能。为了保证原始生命所必需的蛋白质在好不容易形成之后不会失去，就必须要能够在没有RNA的情况下对蛋白质进行复制。

美国分子生物学家利萨·伽德里博士等人成功地合成出了第一种能够进行自我复制的蛋白质。据推测，在原始地球上或许就存在着既能够自行增殖又能够与其他蛋白质发生反应的蛋白质。

绝大多数蛋白质都从未出现过吗？

在现在的生物中起作用的蛋白质，大多是由100个以上的20种不同的氨基酸连接而成。然而，这100个20种氨基酸通过不同的排列所能够形成的连接方式的数目却比整个宇宙全部原子的数目还要多。这意味着，在氨基酸可能有的大量连接方式中，生物仅用到了极少的连接方式来制造具有生命功能的蛋白质。

据推测，在蛋白质世界实际上是按照已有的蛋白质的结构来制造其他的蛋白质。现在生物的那种“外显子重组”机制其实就是拿已有蛋白质作为基础来制造新的蛋白质。

细胞内有细胞核的生物叫做“真核生物”。在真核生物中，蛋白质的设计图被划分成若干个相对独立的片段。这些记录在基因组上的片段彼此之间留出少许间隔。基因组上的这些分散开来的设计图片段就是“外显子”。合成蛋白质时，在把基因组的所有信息复制到RNA上之后，必须对这些外显子进行整理，将它们重新连接起来才能够得到最后的设计图（基因剪接）。

在对RNA上的外显子进行整理和重新连接时，如果像重洗扑克牌那样改变了外显子的排列位置，那么，虽然使用的是原来已有的蛋白质的设计图，制造出来的却可能是新的蛋白质。变换各个外显子的位置所能有的重组方式比起改变一个个氨基酸的排列位置所能有的连接方式，前者的数量自然要少得多。

柳川教授等人在实验中将已有的蛋白质切割成若干个片段，然后改变顺序将它们重新连接起来。他们用这种人工剪接的方法得到了许多种不同的蛋白质，其中有一部分就具有与原来的蛋白质完全不同的功能。这证明，用已有蛋白质作为基础制造新蛋白质的方法切实可行。

变换“零件”的位置，得到新蛋白质

1. 记录如何制造蛋白质的信息被划分为许多片段（外显子）分散书写在DNA上的这里或那里。2. 所有信息都被转移到RNA上以后，需要只留下外显子，并对它们进行整理，重新连接起来。这时，各个外显子的排列位置有可能发生变化（外显子剪接）。3. 所以，即使根据同样一些外显子也有可能制造出不同的蛋白质。

初期的生命真的采用过这种“借用”方法吗?

可是，假定初期的生命是通过“外显子重组”来制造蛋白质假说也遇到了一个难以解释的问题。初期的生命对外显子进行重组应该就像现在的生物进行基因剪接。可是，细胞内没有细胞核的“原核生物”并没有这种机制。因此，剪接机制应该要么是在原核生物与其他生物发生分化之后才出现的真核生物获得的一种“新能力”，要么是原核生物在进化过程中丧失了它原来具有的剪接能力。关于这个问题，现在还没有结论。

（本文发表于《科学世界》2011年2期）