31P-15N NMR研究肽的生成量与核苷的关系——遗传密码子起源

The origin of genetic code has been one of the most important areas in nature science. To infer the origin of genetic code from the molecular view is a fundamental key to study this issue. Earlier works if our lab found that the amino acids could generated peptide by the inorganic phosphorus catalyst. By the advantage of 31P NMR, the 31P-15N coupling data will be used as the probe to quantitativly determine the peptide yield derived from 15N labeled amino acids as the changing of the type of nucleosides (A/G/C/U). Then the technology will be expanded to the non-labeled amino acids, through the High resolution NMR (850, 600 MHz) and the cryro probe. The combination with theoretical analysis will provide a scientific clue for the origin of the genetic code.

遗传密码的起源一直是整个科学界关注的热点。如何从分子角度来研究遗传密码子起源是一项具有挑战性的课题。本项目从肽的生成量与核苷的关系分析遗传密码子起源是一种崭新的思路。同时基于磷化学的标记方法来定量肽的产量。建立31P-15N NMR耦合技术在线区分P-N和P-O两类化合物为肽的定量分析提供一个快速、简易的新方法。结合高场核磁和超低温探头技术，将建立一种基于天然丰度的15N对31P核磁裂分的复杂体系中肽的定量分析方法，为生命起源的研究提供一种新方法。结合理论分析为遗传密码子的起源提供科学依据。

密码子起源一直以来都是生命起源研究最基本的科学问题之一。那么，“最原始的密码”到底是如何开始的？现代生命体中核糖体的密码识别系统极其复杂，很难从该复杂体系探寻出密码子起源的核心问题。 . 该项目执行过程中，我们建立了一个简化的化学模型,可以用于密码子起源的研究。该模型包括核酸、氨基酸以及磷的调控。利用该化学模型，我们从水相到有机相对六种代表性的氨基酸进行研究，考察其氨基酸的成肽产率与核苷的关系，从密码子“翻译产物”二肽的量来探寻遗传密码子起源。具体的研究结果标明：Phe, Trp, Tyr, Val 及 Leu这五种氨基酸的二肽产率与其各自三联密码子的2号位密码子或反密码子有正相关，即 2号位是该氨基酸的密码子或反密码子时，二肽产率相对会高。在其中，Val 及 Leu 的1号位也表现出一定作用，但还是2号位的作用更为重要。对于His 来说，虽然四种核苷对其成肽的影响相差不多，但是其2号位密码子A仍表现出一些优势。为了更好的理解核苷对氨基酸成肽反应的影响机理，有关理论计算同步进行，也进一步说明氨基酸三联体2号位的重要性。. 以上研究结果标明，该化学模型的建立不仅适用于实验体系，也适用理论模拟体系，为密码子起源提供了一个新颖、合理的研究策略。