生物大分子的進(jìn)化.ppt

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1、生物大分子的進(jìn)化——物質(zhì)、能量、信息的結(jié)晶化學(xué)進(jìn)化學(xué)說基于磷?；被岬墓餐鹪磳W(xué)說自組織觀點(diǎn)大分子特性氨基酸與蛋白質(zhì)的進(jìn)化化學(xué)進(jìn)化學(xué)說早期地球的環(huán)境“奧巴林學(xué)說”“遺傳晶格說”“火山說”“硫化物說”“深海熱泉說”美國學(xué)者fox認(rèn)為，原始海洋中的氨基酸可能被沖洗到火山附近等溫度高于水沸點(diǎn)的熱地區(qū)，它們在那里蒸發(fā)、干燥和聚合，產(chǎn)生的類蛋白又被沖回海洋，進(jìn)一步發(fā)生其他反應(yīng)。他在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將多種純氨基酸混合，在無水條件下加熱至160—200℃，幾小時后就得到具有某些天然蛋白質(zhì)性質(zhì)的類蛋白。（原始的蛋白質(zhì)和核酸與現(xiàn)代生物中的蛋白質(zhì)和核酸并不一樣，它們又經(jīng)過若干億年

2、的不斷演變，以至結(jié)構(gòu)越來越完善，功能越來越復(fù)雜，才形成像現(xiàn)在的蛋白質(zhì)和核酸的高分子化合物。）以后又有人模擬原始地球條件，用核苷酸等小分子有機(jī)物合成類似天然核酸的物質(zhì)?；诹柞；被岬墓餐鹪磳W(xué)說1996年，趙玉芬等提出N-磷?；被峥勺鳛楹怂岷偷鞍踪|(zhì)共同起源的最小進(jìn)化系統(tǒng)思考：考慮到氨基酸是在前生命化學(xué)進(jìn)化中的關(guān)鍵分子，而磷對現(xiàn)存生命活動調(diào)控中起中心作用，因而磷酸化氨基酸成為她首選的研究對象發(fā)現(xiàn)：由雙烷基磷酰基(dialkylphosphorylgroup,DAP)和氨基酸組成的磷?；被?DAP-AA)能在常溫下自裝配成寡肽，并且在有核昔存在時，

3、DAP-AA還能使核苷裝配成寡核昔酸。在核酸和蛋白質(zhì)合成中，DAP-AA既作為能源，又作為磷?；w，并通過它的媒介把蛋白質(zhì)合成與核酸合成偶聯(lián)起來這種不同的反應(yīng)活性很可能是由于不同的氨基酸殘基與核苷分子之間的相互作用造成的.因此,進(jìn)一步研究不同N-磷酰化氨基酸與核苷之間的反應(yīng)關(guān)系將為闡明原始遺傳密碼的起源提供理論依據(jù)自組織的觀點(diǎn)StuartKauffman在他的《OriginsofOrder:Self-OrganizationandSelectioninEvolution》中寫到：如果一個由簡單的化學(xué)分子構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到某種特別復(fù)雜的程度時，該系統(tǒng)就會出現(xiàn)

4、戲劇性的突變，這種突變類似于液態(tài)水結(jié)冰時發(fā)生的突然相變，同在即將坍塌的沙堆上再加一粒沙子一樣。這是，那些原本簡單的小分子會自發(fā)地相互結(jié)合，自組織成一些非常復(fù)雜的大分子，這種復(fù)雜大分子又會自動發(fā)生催化作用，使周圍混亂無序的分子都自組織成為有序的分子鏈。Kauffman將其稱為反混沌過程（antichaos），一個復(fù)雜系統(tǒng)可以組合出來的新特性,和無所不在的熱運(yùn)動去嘗試各種組合,這不是決定性的方程可以描述的。Biologicalevolutionmayhavebeenshapedbymorethanjustnaturalselection.Computermo

5、delssuggestthatcertaincomplexsystemstendtowardself-organization在現(xiàn)有的化學(xué)環(huán)境中，生命是必然的先有雞先有蛋？核酸和蛋白質(zhì)分子有著緊密聯(lián)系，他們在原始地球出現(xiàn)的順序一直是探索生命進(jìn)化的難題支持蛋白質(zhì)先起源的觀點(diǎn)，主要證據(jù)是DNA比蛋白質(zhì)更復(fù)雜，更穩(wěn)定，分子量更大，而生物進(jìn)化的一般規(guī)律是由簡單到復(fù)雜，由低級到高級?，F(xiàn)在普遍接受的觀點(diǎn)是RNAworld學(xué)說。1981年度諾貝爾化學(xué)獎獲得者吉爾伯特（W.Gilbert）提出了“RNA世界”的假說。它指的是“在生命起源的某個時期，生命體僅由一種高分子化

6、合物RNA組成。遺傳信息的傳遞建立于RNA的復(fù)制，其復(fù)制機(jī)理與當(dāng)今DNA復(fù)制機(jī)理相似，作為生物催化劑的、由基因編碼的蛋白質(zhì)還不存在”大分子的自催化中心法則描述了蛋白質(zhì)和以及核酸之間的調(diào)控機(jī)制，同時也是核酸起源學(xué)說的強(qiáng)有力佐證。大分子普遍還存在自我催化的能力，即在自身調(diào)控下的復(fù)制。StuartKauffman在ContemporaryWorkOnTheOriginOfLife一文中提到斯克里普斯(Scripps)的禮查-格德瑞和他的前博士后研究員，戈嫩Askanazy(他現(xiàn)在本古里安大學(xué))創(chuàng)建了一種復(fù)雜的大分子，包括9種多太分子鏈，每個有32種長氨基酸，即

7、從這9種多肽分子片段，彼此相互促化形成。至關(guān)重要的是，這些結(jié)果決定性地表明，分子復(fù)制過程，不需要以DNA，RNA的模板為基礎(chǔ)。1971年，ManfredEigen提出了超循環(huán)理論。他猜想一套成對復(fù)制的互補(bǔ)的RNA，其中每一個都能夠自催化復(fù)制本身。然后，每一個這樣互補(bǔ)的N對RNA鏈的"+"和"-"，可以“幫助”N對中的下一個的"+"和"-"鏈進(jìn)行復(fù)制，圍繞N對互相復(fù)制的RNA進(jìn)行循環(huán)。大分子的信息熵一個分子質(zhì)量為106個碳單位的DNA分子，若它由4000個核酸組在，因而可能有44000種不同的排列方式，則這一DNA的遺傳密碼的信息熵為典型的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量為

8、120000個碳單位，一個蛋白質(zhì)分子約含有1000種氨基酸基，每個氨基酸基均是由