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无需氨酰

01从“镜像中心法则”出发,造一条反向的生命链

核酸与蛋白质这对“左右手”在自然界里被严格锁定:DNA是右手螺旋,氨基酸是左旋L型;而RNA与蛋白质则全是右手。朱听课题组偏要打破这种“镜像对称”,提出“镜像中心法则”——让L型核酸指挥D型蛋白质,造出一条反向运行的“生命链”。

目前,他们已先后攻克镜像核酸复制、转录、反转录、PCR、测序,甚至镜像核糖核蛋白复合体组装,只剩最后一块拼图:镜像蛋白质翻译

02翻译路上的“卡脖子”环节:氨基酸装载

在核糖体里,tRNA被“喂”进氨基酸这一步关键得掉链子。自然界靠数十种氨酰-tRNA合成酶(aaRS)完成装载,可它们只认左手L型氨基酸,对镜像D型氨基酸直接“脸盲”。

化学合成全部镜像aaRS难度极高,于是科研人员把目光投向2006年发现的Flexizyme核酶——它能催化氨基酸装载,却效率低到几乎看不见蛋白产物。再加上传统RNA合成技术瓶颈,全长镜像tRNA纯度低、产量少,装载实验屡战屡败。

032021年突破:Flexizyme被“驯化”,翻译第一次跑通

朱听团队另辟蹊径,在天然手性模型里重新设计Flexizyme催化口袋,提高其“识别”D型氨基酸的能力。

结果,无需任何氨酰-tRNA合成酶,系统自发产生了具有活性的TrpRS酶——这不仅是第一次“无aaRS翻译”,更直接证明:生命早期可能存在类似Flexizyme的核酶,先一步完成氨基酸装载,为蛋白质合成铺路。

图1:不依赖氨酰-tRNA合成酶的蛋白质翻译

04镜像版“灵丹妙药”:高纯度镜像tRNA诞生

有了活性酶,还得有“原料”。课题组对镜像核酸转录体系再次升级,一步法合成高纯度全长镜像tRNA,产率提升近3倍,背景杂质降到个位数。

紧接着,他们把优化后的Flexizyme换成镜像版本——镜像Flexizyme,让D型氨基酸顺利“住进”镜像tRNA(图2)。

图2:使用镜像Flexizyme将镜像氨基酸装载到镜像tRNA上

05未来展望:一条反向的“遗传密码”即将上线

当镜像tRNA被氨基酸“塞满”,下一步就是把它们送进核糖体,完成真正的镜像蛋白质翻译。

若这条技术路线最终跑通,意味着“左右手互搏”的生命剧本不再是科幻:人们可以设计一条与现有生物体系完全平行、却互不干扰的“镜像代谢通路”,在体外进行药物筛选、有毒蛋白降解,甚至为疾病治疗打开全新维度。

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