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標題: 蛋白質先，還是RNA先？ [打印本頁]

作者: yufenlin@G 時間: 2019-10-16 00:31
標題: 蛋白質先，還是RNA先？
【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2019 年第 206 期 04 月號】

從冰箱的發展史，我推論生命起源應該先有蛋白質，才有核酸。

撰文／、插畫／陳文盛

小時候，爸爸買了一部冰箱。它很原始，只是放一大塊冰在上層，來降低下層食物的溫度，不必插電也無法溫控，你得不時添加冰塊。後來使用壓縮馬達的電冰箱出現，效率提高，可以溫控了。溫控是靠兩條不同膨脹係數的金屬構成的複合棒，隨溫度的變化彎曲來控制馬達的開關。不過這老古董機制現在也沒人用了，取而代之的是微處理器的數位程式調控，除了溫度、燈光、除霜、製冰等功能，近年來物聯網的加入，讓冰箱具備了追蹤與訂購食物、協助烹飪和家庭通訊等高階智能。

冰箱的發展史反映了工業的演化趨勢：最早出現的是單純的硬體，只有基本功能；接下來效率提高，可以類比式調控；最後進入數位式軟體系統，提供多樣的精密調控程式。生命的起源與演化不也是如此嗎？最早出現的生物效率一定非常低，且沒有受到什麼調控，後來漸漸發展出更高的效率和更細膩的調控，甚至近乎奇蹟地出現可以反覆使用的遺傳程式（基因）和編碼系統。根據這樣的觀點，我認為生命的起源是先有蛋白質（硬體）才有核酸（軟體），不管是RNA或DNA。

「蛋白質先」的觀點不符合目前主流的「RNA世界」假說。這個假說認為RNA是最早的生命分子，蛋白質和DNA後來才加入。在原始的RNA世界裡，RNA一方面攜帶遺傳訊息，一方面和蛋白質一樣具有酶的功能，不但催化一些生化反應，也催化自我的複製。這假說認為DNA催化能力不足、蛋白質又不能自我複製，應該是後來才加入生命的陣營：DNA比RNA穩定，取代RNA擔當遺傳訊息攜帶者；蛋白質的多樣性和催化能力遠強過RNA，取代絕大部份的催化角色。

所謂「RNA有複製能力」，是指科學家在試管中進行人工演化，可從數量如天文數字般的RNA分子中篩選出特定序列的長RNA（百餘個核苷酸），它們可催化合成一小段互補的多核苷酸（十餘個核苷酸）。合成過程需要RNA分子當模板進行轉錄，並非合成和本身一模一樣的分子，所以這些RNA並不算真正自我複製。

我們已經很清楚，蛋白質在細胞中如何藉由信使RNA（mRNA）轉譯合成。其實蛋白質也可以不依賴mRNA和核糖體，獨立合成多肽。很多具有特殊功能的多肽，例如放線菌素D、萬古黴素、博萊黴素和環孢素，都是由特殊酶系統合成。這些酶系統通常是幾個不同的酶組裝起來，兼具模板和催化兩項功能，把胺基酸依照特定序列連結起來，長度為2~48個胺基酸。自我複製的蛋白質和自我複製的RNA一樣仍未被發現。

最早出現的生命分子不太可能會忠實自我複製，它們可能只會合成同類的分子，之後擴大的族群中或許出現相互合成的分子：兩種分子，你合成我、我合成你，一如DNA雙股互補的半保留複製。不過DNA雙股只是互為模板，催化仍需要酶（蛋白質）；互補的蛋白質則是互相擔任酶，來合成對方，藉此達到複製的效果。這樣持續擴大的蛋白質世界，便有潛力出現擁有不同功能的酶、進行各種反應，為核酸的資訊系統鋪路。

這只是我觀察冰箱的發展史，引出對幾十億年前生命起源情況的臆想。

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