生物大分子的进化.ppt

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1、生物大分子的进化——物质、能量、信息的结晶化学进化学说基于磷酰化氨基酸的共同起源学说自组织观点大分子特性氨基酸与蛋白质的进化化学进化学说早期地球的环境“奥巴林学说”“遗传晶格说”“火山说”“硫化物说”“深海热泉说”美国学者fox认为，原始海洋中的氨基酸可能被冲洗到火山附近等温度高于水沸点的热地区，它们在那里蒸发、干燥和聚合，产生的类蛋白又被冲回海洋，进一步发生其他反应。他在实验室内将多种纯氨基酸混合，在无水条件下加热至160—200℃，几小时后就得到具有某些天然蛋白质性质的类蛋白。（原始的蛋白质和核酸与现代生物中的蛋白质和核酸并不一样，它们又经过若干亿年

2、的不断演变，以至结构越来越完善，功能越来越复杂，才形成像现在的蛋白质和核酸的高分子化合物。）以后又有人模拟原始地球条件，用核苷酸等小分子有机物合成类似天然核酸的物质。基于磷酰化氨基酸的共同起源学说1996年，赵玉芬等提出N-磷酰化氨基酸可作为核酸和蛋白质共同起源的最小进化系统思考：考虑到氨基酸是在前生命化学进化中的关键分子，而磷对现存生命活动调控中起中心作用，因而磷酸化氨基酸成为她首选的研究对象发现：由双烷基磷酰基(dialkylphosphorylgroup,DAP)和氨基酸组成的磷酰化氨基酸(DAP-AA)能在常温下自装配成寡肽，并且在有核昔存在时，

3、DAP-AA还能使核苷装配成寡核昔酸。在核酸和蛋白质合成中，DAP-AA既作为能源，又作为磷酰基供体，并通过它的媒介把蛋白质合成与核酸合成偶联起来这种不同的反应活性很可能是由于不同的氨基酸残基与核苷分子之间的相互作用造成的.因此,进一步研究不同N-磷酰化氨基酸与核苷之间的反应关系将为阐明原始遗传密码的起源提供理论依据自组织的观点StuartKauffman在他的《OriginsofOrder:Self-OrganizationandSelectioninEvolution》中写到：如果一个由简单的化学分子构成的系统达到某种特别复杂的程度时，该系统就会出现

4、戏剧性的突变，这种突变类似于液态水结冰时发生的突然相变，同在即将坍塌的沙堆上再加一粒沙子一样。这是，那些原本简单的小分子会自发地相互结合，自组织成一些非常复杂的大分子，这种复杂大分子又会自动发生催化作用，使周围混乱无序的分子都自组织成为有序的分子链。Kauffman将其称为反混沌过程（antichaos），一个复杂系统可以组合出来的新特性,和无所不在的热运动去尝试各种组合,这不是决定性的方程可以描述的。Biologicalevolutionmayhavebeenshapedbymorethanjustnaturalselection.Computermo

5、delssuggestthatcertaincomplexsystemstendtowardself-organization在现有的化学环境中，生命是必然的先有鸡先有蛋？核酸和蛋白质分子有着紧密联系，他们在原始地球出现的顺序一直是探索生命进化的难题支持蛋白质先起源的观点，主要证据是DNA比蛋白质更复杂，更稳定，分子量更大，而生物进化的一般规律是由简单到复杂，由低级到高级。现在普遍接受的观点是RNAworld学说。1981年度诺贝尔化学奖获得者吉尔伯特（W.Gilbert）提出了“RNA世界”的假说。它指的是“在生命起源的某个时期，生命体仅由一种高分子化

6、合物RNA组成。遗传信息的传递建立于RNA的复制，其复制机理与当今DNA复制机理相似，作为生物催化剂的、由基因编码的蛋白质还不存在”大分子的自催化中心法则描述了蛋白质和以及核酸之间的调控机制，同时也是核酸起源学说的强有力佐证。大分子普遍还存在自我催化的能力，即在自身调控下的复制。StuartKauffman在ContemporaryWorkOnTheOriginOfLife一文中提到斯克里普斯(Scripps)的礼查-格德瑞和他的前博士后研究员，戈嫩Askanazy(他现在本古里安大学)创建了一种复杂的大分子，包括9种多太分子链，每个有32种长氨基酸，即

7、从这9种多肽分子片段，彼此相互促化形成。至关重要的是，这些结果决定性地表明，分子复制过程，不需要以DNA，RNA的模板为基础。1971年，ManfredEigen提出了超循环理论。他猜想一套成对复制的互补的RNA，其中每一个都能够自催化复制本身。然后，每一个这样互补的N对RNA链的"+"和"-"，可以“帮助”N对中的下一个的"+"和"-"链进行复制，围绕N对互相复制的RNA进行循环。大分子的信息熵一个分子质量为106个碳单位的DNA分子，若它由4000个核酸组在，因而可能有44000种不同的排列方式，则这一DNA的遗传密码的信息熵为典型的蛋白质分子质量为

8、120000个碳单位，一个蛋白质分子约含有1000种氨基酸基，每个氨基酸基均是由