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科学家们发现，在与早期地球类似的条件下，RNA能够催化电子转移，在生命之初实现复杂的生化过程。这项研究于五月十九日发表在Nature Chemistry杂志上。
生物通报道：包括光合作用和呼吸作用在内的许多生物学过程，都涉及到电子的转移（电子从一种化合物转移到其他化合物）。现在科学家们发现，在与早期地球类似的条件下，RNA能够催化电子转移，在生命之初实现复杂的生化过程。这项研究于五月十九日发表在Nature Chemistry杂志上。
这项重要证据，再次强调在DNA及其编码的蛋白出现之前，RNA对于早期生命进化的核心作用。在三十多亿年前的地球上，环境中缺乏氧，但可溶性铁的丰度很高。
“我们的研究显示，在无氧环境中RNA与铁合作，能够展现出强大的催化能力，让单电子转移得以实现。绝大多数复杂生化过程都与电子转移有关，而人们此前并不知道RNA还有这样的催化功能，”Georgia理工学院化学与生化教授Loren Williams说。
大约三十多亿年前，地球的大气中几乎不存在自由氧。自由氧是作为光合作用的产物进入环境的，能够腐蚀地球上的铁。铁一直是生命所必需的元素，不过高等生物所生产的自由氧，会使铁变得有毒性。Williams认为，原本RNA结合、折叠和催化使用的是铁，而随着环境的转变，这些过程开始使用镁来代替它。
Williams和博后Chiaolong Hsiao对RNA/铁离子Fe2+溶液和RNA/镁离子Mg2+溶液进行了标准的过氧化物酶分析，检测溶液中的电子转移情况。他们发现，在无氧条件下，十种不同类型的RNA/铁离子Fe2+溶液都能催化单电子转移。其中丰度最高也最古老的两种RNA（23S核糖体RNA和转运RNA），比其他RNA催化电子转移的效率更高。而RNA/镁离子Mg2+溶液无法在无氧环境中催化单电子转移。
“我们的研究显示，与目前的环境相比，RNA在早期地球环境中的催化能力更大。我们的实验再现了RNA的潜在功能，”Williams补充道。
这项新研究是在Williams团队之前工作的基础上进行的。他们去年五月曾在PLoS ONE杂志上发表文章，通过实验和数值模拟提出，铁能够在无氧条件下替代镁，参与RNA的结合、折叠和催化。研究显示，在无氧环境中用铁替代镁之后，RNA的形态和折叠结构不变，且RNA的功能活性增加。
研究人员计划在下一步研究中分析，RNA是否能够通过与早期地球的多种金属相互作用，获得其他的特殊功能。
（生物通编辑：叶予）
生物通推荐原文摘要：
RNA with iron(II) as a cofactor catalyses electron transfer
Mg2+ is essential for RNA folding and catalysis. However, for the first 1.5 billion years of life on Earth RNA inhabited an anoxic Earth with abundant and benign Fe2+. We hypothesize that Fe2+ was an RNA cofactor when iron was abundant, and was substantially replaced by Mg2+ during a period known as the ‘great oxidation’, brought on by photosynthesis. Here, we demonstrate that reversing this putative metal substitution in an anoxic environment, by removing Mg2+ and replacing it with Fe2+, expands the catalytic repertoire of RNA. Fe2+ can confer on some RNAs a previously uncharacterized ability to catalyse single-electron transfer. We propose that RNA function, in analogy with protein function, can be understood fully only in the context of association with a range of possible metals. The catalysis of electron transfer, requisite for metabolic activity, may have been attenuated in RNA by photosynthesis and the rise of O2.
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