海洋热液口条件下核酸和蛋白共起源分子进化模型的研究

When, where and what caused the lives? Is there a mutual choice between amino acids and nucleosides? How was the genetic codon originated? All of these are the problems which people willing to study but still not fully be solved..The deep-sea environment was considered to be the lives forbidding zone, but in the recent years, marine hydrothermal vents have been found that is a biological paradise full of vitality. So Corliss proposed the scientific hypothesis "The seafloor hydrothermal activity was the cause of the origin of life"..According to the environmental conditions of the deep-sea hydrothermal ecosystems, we try to test the different physicochemical parameters such as temperature, pressure and pH changes in environment simulation laboratory, by using modern analysis methods LC - MS/MS to quantitative analysis of the relationship of the N- phosphoryl amino acids under different nucleotides level (A, G, C, U) to synthetic polypeptides and nucleic acids.We aslo want to investigate that the effects of the different nucleosides in N- Phosphoryl Amino Acids into peptides, combined with the experimental results and theoretical calculations, to reveal the relationship of the amino acid and nucleotide in N- Phosphoryl Amino Acids molecular evolutionary. Meanwhile, we further deduced the correlation between the amino acid and codes or anticodons, and the relation of the origin of codon and ocean, further support the basis view for the life origin from the marine environment.

生命起源于何时、何地，是什么导致了生命的产生？氨基酸和核苷有什么样的相互选择关系？遗传密码子又是如何起源的？这些都是人们乐于研究而科学又尚未能完全解决的重大问题。以往被认为是生命禁区的深海环境，近年来陆续发现海底热液口附近是生机盎然的生物乐园。因此Corliss等提出了“生命起源于海底热液活动”的科学假说。本项目采用实验室赵玉芬教授提出的N-磷酰化氨基酸作为核酸和蛋白起源的分子进化模型，合成三类化合物并对其结构进行表征；模拟海洋热液口条件，在温度、压力和pH等变化的情况下，运用LC-MS/MS等手段来定量分析模型化合物在不同核苷（A、G、C、U）存在下的成肽和成核酸的相互相关，考察不同核苷对磷酰化氨基酸成肽的影响，结合实验结果和理论计算，来揭示N-磷酰化氨基酸分子进化系统中氨基酸与核苷的相互关系，进一步推断氨基酸与密码子或反密码子之间是否具有相关性，研究密码子起源与海洋的关系，为生命从海洋

生命起源于何时、何地，是什么导致了生命的产生？氨基酸和核苷有什么样的相互选择关系？遗传密码子又是如何起源的？这些都是人们乐于研究而科学又尚未能完全解决的重大问题。在有关生命起源的化学和考古研究的基础上，Lost City热液区（pH 9~11）被认为是地球生命起源的潜在地点。本研究模拟Lost City热液区条件（温度、pH和压力），进行以下三方面研究，1) 研究前生源多肽合成与遗传密码起源的关联性：通过模拟Lost City热液区碱性条件，以氨基酸、核苷以及三偏磷酸盐P3m为原料进行反应，反应液利用HPLC-ESI-HRMS进行检测，分析得到56种5’-aa-AMP的类似物，即酰胺-核苷酸（nucleotide amidate, aa-N-NMP, 包括aa-N-AMP、aa-N-GMP、aa-N-CMP和aa-N-UMP四类）。同时，在反应液中，还检测到相应氨基酸的二肽产物，且二肽的产量在不同核苷存在下有所差异。推测核苷是通过形成中间体aa-N-NMP来调控多肽的形成，即aa-N-NMP可能是遗传密码原始形式。该反应模型揭示了在潜在的前生源条件下，肽合成与遗传密码早期形式是具有一定相关性的。2）研究环二肽的前生源合成：研究中发现脯氨酸可以在三偏磷酸盐（P3m）碱性水溶液中形成环脯二肽Cyclo-Pro-Pro，产率可达97 %。同时，在相同反应条件下，其他氨基酸可以与脯氨酸得到低产率的含脯氨酸环二肽Cyclo-Pro-aa (aa：氨基酸)。在这些DKPs形成过程中，P3m的作用是促进相应线性二肽的形成，不参与随后的环化过程。该结果对了解DKPs在生命化学进化过程中的形成具有重要意义，且为其在化学进化过程中发挥作用提供了可能。3）研究高静水压对二肽合成的影响：前生源肽合成是有关生命起源研究的核心问题之一。许多研究认为，生命可能起源于具有高静水压的冥古代深海环境。然而，关于高静水压对前生源肽合成的性质研究很少被提及。研究中显示，氨基酸形成二肽的产率随着压力升高而增加。同时，在相对较低反应温度条件下，其压力对二肽形成的促进作用更加明显。考虑到冥古代深海环境具有高静水压特性，在前生源肽合成时，高静水压可能发挥着关键作用。因此，在研究生命起源课题时，高静水压应该被考虑为重要因素之一。