RNA的酶及遗传信息载体两重性与生命起源

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RNA世界假说与生命起源的研究进展

RNA世界假说与生命起源的研究进展生命起源一直是自然科学中最古老、最基础、最艰难的研究领域之一。

自1960年代初，化学家伦纳德·霍德和埃门·苏特彻尼克提出RNA世界假说之后，RNA生物学的发展进程得到了极大的促进。

RNA世界假说认为，生物起源时，RNA具有核酸和酶双重功能，RNA是自我复制的模板，从而促成了化学信息到生物分子的转换。

怀着对生命起源深入了解的热情，科学家们一直在探索、试验RNA 生物学的各个方面，以期增进对 RNA 世界的认识。

相信读者们一定对 RNA 学科有所了解，即 RNA 作为生物大分子扮演着诸多重要生物学角色的同时，RNA 也是一种关键的催化剂，因为其能够独立自主地催化多种不同的化学反应。

近年来的研究已经证实了 RNA 用于自我复制和自我催化反应的可能性。

同时，也有实验证据表明 RNA 参与了生命起源过程中的许多重要步骤，并且这一功能可能是逐渐失去或分化到更复杂分子的必然结果。

在此基础上，从宏观演化的角度考虑，RNA 的自组装行为在实验中已被证明是生物分子与分子间相互作用的基础，这种分子间相互作用在生命起源初期具有重要作用，有助于组成更大、更稳定的分子结构。

众所周知，生命的起源可追溯到恒星起源的历史时期。

尽管在生命起源的第一阶段中RNA的确扮演起了关键的作用，但在随着时间的推移，以及不断的进化、分化和适应，RNA也逐渐演化成了更复杂的化合物，如蛋白质、多肽、DNA、脂质等，这就导致生命从单一的 RNA 世界起源，逐渐发展演化成为多样化的生命体的现实。

近期，一系列高质量的实验研究表明了 RNA 生物学的前沿研究领域和充满许多有待改善的研究问题。

例如，如何通过化学反应或体外选择有效构建 RNA 催化剂，如何寻求不同的入侵性方法，以便发展出具有创新性、更有效率的RNA 合成方法，这些问题也在 RNA 生物学研究的探索之中。

除了自上而下的实验验证 RNA 世界的假说之外，还可以借助生命起源的前体化合物方法，来寻找 RNA 催化前处理的可能性。

RNA的多种功能

RNA的多种功能RNA（核糖核酸）是一种重要的生物大分子，在细胞内扮演着多重角色，其功能远不止于简单的遗传信息传递。

随着分子生物学和基因组学的发展，科学家们发现RNA不仅是DNA的转录产物，还参与了许多细胞过程，包括蛋白质合成、基因调控、代谢调节等。

本文将深入探讨RNA的多种功能，让我们一起了解这一关键生物分子的复杂性。

1. 信息传递的媒介最基本和最广为人知的功能之一是RNA作为遗传信息的载体。

与DNA相比，RNA在信息传递中具有独特的性质。

DNA主要存在于细胞核中，它储存了遗传信息，而RNA则通过转录过程从DNA中获得特定基因的信息，形成信使RNA（mRNA）。

这个mRNA随后被翻译成蛋白质，执行其在生物体内的重要功能。

1.1 mRNA的作用mRNA是所有蛋白质合成的核心，它携带着编码特定氨基酸序列的信息。

细胞通过转录和翻译两个步骤实现蛋白质合成：转录：在细胞核中，特定基因通过RNA聚合酶的作用被转录为mRNA。

翻译：成熟的mRNA被转运到细胞质中，核糖体根据mRNA上的密码子组装相应的氨基酸，形成多肽链，即蛋白质。

这种信息传递是生命活动的一部分，是从遗传编码到生理表现的重要桥梁。

1.2 tRNA和rRNA除了mRNA外，还有其他类型的RNA同样重要。

转运RNA（tRNA）负责将氨基酸运输到核糖体，而核糖体RNA（rRNA）则是核糖体的重要组成部分。

这些类型的RNA在蛋白质合成过程中协同工作，各负其责，共同构成了这一复杂而精确的机器。

2. 基因表达调控近年来研究表明，某些非编码RNAs在基因表达调控中发挥了重要作用。

这些非编码RNAs不用于编码蛋白质，但在细胞中的功能至关重要。

主要包括小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）以及长链非编码RNA（lncRNA）。

2.1 microRNA（miRNA）miRNAs是一类长度约为22个核苷酸的小分子，它们通过与mRNA结合进行基因抑制。

rna起源学说

rna起源学说
关于 RNA 起源的学说有多种，其中比较著名的是“RNA 世界”假说。

该假说认为，在生命起源的早期阶段，RNA 同时承担了遗传信息存储和催化化学反应的双重功能。

根据“RNA 世界”假说，原始的生命体系可能是由一系列能够自我复制的 RNA 分子组成的。

这些 RNA 分子具有特定的碱基序列，可以编码遗传信息。

同时，一些 RNA 分子还具有催化化学反应的能力，类似于现代生物中的酶。

在这个假说中，RNA 分子通过自我复制和演化，逐渐发展出更复杂的功能和结构。

随着时间的推移，一些 RNA 分子可能演化出了蛋白质合成的能力，从而逐渐形成了现代生物中的中心法则（DNA 转录为 RNA，RNA 翻译为蛋白质）。

虽然“RNA 世界”假说得到了一些实验证据的支持，但它仍然面临一些挑战和争议。

其他学说也提出了不同的观点，例如“肽核酸世界”假说认为，最初的遗传物质可能是由肽和核酸组成的复合物。

总的来说，RNA 起源的学说仍然是一个活跃的研究领域，科学家们正在努力通过实验和理论研究来进一步探索生命起源的奥秘。

细胞生物学考试押题及参考答案(1)

一、选择题1-5 BABBB 6-10 BDABB 11-15 ABCAC 16-18 CCC二、填空题1、根据线粒体和叶绿体起源内共生学说，认为线粒体起源于细菌，叶绿体起源于蓝藻。

2、协助扩散和主动运输的主要相同之处在于都需要载体，速度都很快,主要差别在于协助扩散只能顺浓度梯度进行，不消耗能量；主动运输可以逆浓度梯度进行，消耗能量。

3、核纤层结构的组成成分, 属于中间纤维蛋白家族4，核小体的核心由四种组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）各两分子共8分子组成的八聚体，核心的外面缠绕了1.75圈的DNA双螺旋，其进出端结合有H1组蛋白分子。

5、YAC（酵母人工染色体）的构建成功说明：一个有功能的染色体至少有自主复制DNA序列,着丝粒DNA序列, 端粒DNA序列三个不可缺少的功能元件。

6、真核细胞和原核细胞中都存在的rRNA是5SrRNA。

7、细胞周期调控中的两个主要因子细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶（CDK 激酶）和。

细胞周期蛋白其中前者是催化亚基，后者相当于调节亚基。

三、名词解释1.常染色质(euchromatin):间期核中处于伸展状态，压缩程度相对较低、着色较浅的染色质。

2.双信号系统：以PIP2代谢为基础的信号通路中，胞外刺激使转化为IP3和DAG，引发IP3/Ca2+和DAG/PKC 两条信号转导途径，在细胞内沿两个方向传递，实现细胞对外界的应答，这样的信号系统称之为双信号系统。

3.细胞周期同步化：将一个细胞群体内处于不同时期的细胞处于细胞周期的同一时相的方法。

4.多聚核糖体：具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体。

5.细胞凋亡：为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。

6.Hayflick界限：正常的体外培养的细胞寿命不是无限的，只能进行有限次数的增殖。

7踏车行为：在一定条件下,微丝的正极由于肌动蛋白亚基不断添加而延长,负极由于肌动蛋白亚基去组装缩短,这种现象称为踏车行为。

生命起源的RNA世界假说

生命起源的RNA世界假说生命起源是一个备受科学界关注的重要问题，追溯到数十亿年前的地球，我们不禁要问，生命是如何诞生的？对于这个问题，科学家们提出了多种理论，其中一种备受关注的是RNA世界假说。

RNA世界假说是基于核酸分子RNA在生命起源中起到关键作用的假设。

在此假说中，RNA被认为是最早的生物分子，它既具备了基因信息的存储和传递功能，又具备了催化化学反应的能力。

相对于DNA，RNA的分子结构更加简单，更容易形成自然发生的条件下的复制反应。

RNA世界假说认为，在地球上生命起源初期，存在一种由RNA分子构成的原始生物系统。

在这个系统中，RNA能够通过基因复制的方式进行自我复制，产生更多的RNA分子。

同时，RNA还具备酶的功能，能够促进化学反应的进行。

这就使得RNA不仅仅是存储和传递基因信息的分子，而且还可以催化生物化学反应。

这种由RNA构成的原始生物系统为后来的生命演化提供了基础。

随着时间的推移，这种原始的RNA系统逐渐发展演化，形成了更为复杂的生物分子，如DNA 和蛋白质。

DNA逐渐取代RNA成为存储基因信息的主要分子，而蛋白质则承担了更多的催化和功能性角色。

RNA世界假说得到了一系列实验证据的支持。

科学家们通过实验发现，RNA确实具备催化某些生物化学反应的能力。

研究人员还成功合成了一些简单的ＲＮＡ分子，使其具备了自我复制的能力。

这些实验证据进一步证明了RNA世界假说的可行性。

然而，RNA世界假说并不是没有问题的。

其中一个主要的问题是，RNA如何从一个外源物质演化为构成生命的关键分子。

一些科学家提出了其他的理论，如泥炭世界假说和酸瀑泪假说，试图解释RNA起源的问题。

这些理论认为，矿物质和其他有机物质在地球早期环境中的作用可能是RNA起源的关键。

另外一个问题是RNA世界如何演化为DNA和蛋白质世界。

RNA虽然具备了催化反应和存储基因信息的功能，但它相比于DNA和蛋白质，具备的功能还是比较有限。

科学家们仍在努力研究，试图揭示RNA世界向DNA和蛋白质世界的过渡过程。

RNA世界可能性探究提供早期生命证据

RNA世界可能性探究提供早期生命证据引言：人类对生命的起源一直以来都感到好奇。

科学家们争论的焦点之一是关于早期生命的形式和起源的问题。

在此背景下，RNA世界假说提供了一种可能的解释。

本文将探讨RNA世界的概念、支持该假说的证据以及对这一理论的批评。

通过深入研究，我们可以更好地理解早期生命可能的起源和演化过程。

一、RNA世界的概念RNA世界假说认为，在生命起源的早期阶段，RNA是生命的主要构成要素和遗传物质。

相较于当前的DNA和蛋白质构成的生命系统，RNA世界是一个更为简单的生物体系。

RNA既具备了蛋白质的功能，也携带了遗传信息的能力。

该假说的关键概念是，RNA能够自身复制并且具有催化剂活性，这使得RNA分子可以通过自身复制和催化反应来实现生命的基本功能。

二、支持RNA世界假说的证据1. 利用RNA进行自我复制的实验科学家们通过实验展示了RNA分子在适当的条件下可以自我复制。

例如，斯莱姆菌的某些RNA片段可以通过和其他RNA分子相结合来进行复制，从而产生新的RNA分子。

这种自我复制的能力证明了RNA作为早期生命起源物质的可能性。

2. 发现能够催化化学反应的RNA分子科学家们已经发现了一类称为“核酸酶”的RNA分子，它们具有催化剂活性，可以帮助加速化学反应的发生。

这一发现提供了RNA世界能够实现化学交互并进行代谢反应的重要证据。

3. 海底热液喷口的发现海底热液喷口是一种具有高温和高压环境的热液喷泉，它们被认为是早期地球上生命的滋生地。

在这些条件下，研究人员发现了一些具有催化剂活性的RNA分子，这进一步支持了RNA世界假说。

三、RNA世界假说的批评尽管RNA世界假说提供了关于早期生命起源的一种有趣的观点，但也存在一些批评意见。

1. RNA分子的合成难度RNA分子的合成是一项复杂而困难的过程，涉及特定的化学反应和环境条件。

然而，早期地球的环境并不具备所有必需的条件，这使得RNA的合成可能性受到一定质疑。

RNA在生命起源中的地位

RNA在生命起源中的地位今天地球上和有地质记录以来所有的生命似乎拥有一种相同的形式——基于以DNA基因组为遗传基础和以蛋白质类酶为催化剂发挥功能的模型。

然而，现在大量的证据表明，在以DNA和蛋白质为基础的生命出现之前，地球上简单的生命形式主要是以RNA为基础的。

这个原始的世界被称为“RNA世界”，在这个世界里，遗传信息贮存在RNA序列里，生物的表型也是由RNA的催化作用决定的。

1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构精确模型，并在此基础上提出了以DNA为中心的“中心法则”，即遗传信息通过DNA的转录传递给RNA，RNA再通过翻译将信息编码给蛋白质。

由“中心法则”可知，蛋白质是通过核酸序列合成的，而核酸的所有功能又是在蛋白质类酶的催化作用下实现的，这就产生了一种矛盾，即在生命最初形成的过程中，到底是现有DNA还是现有蛋白质呢？（因为DNA和蛋白质同时出现的可能性极低）这个问题就如同人们对先有鸡还是先有蛋的困惑一样，形成了著名的鸡——蛋悖论。

1981年Thomas Cech在研究四膜虫时发现了RNA具有酶活性，他们称之为核酶（ribozyme）。

这就证明了并不是所有的酶都是蛋白质这一概念。

随后的研究表明，RNA的2-位羟基及二价金属离子是RNA分子的酶活性所必须的1。

后来，人们从不同生物中发现了数十种不同的核酶，有切割型的也有剪接型的，既能催化自身反应也能催化其它分子反应，核酶已被确认具有完全意义上酶的功能。

这说明RNA除了具有作为遗传信息载体的功能外，还能执行类似蛋白质的催化功能，而RNA的基本成分核糖很容易由当时地球表面含量丰富的甲烷来合成2，人们自然会想到在生命起源之初最早出现的生物分子系统和遗传物质是RNA，而不是DNA或蛋白质。

于是Walter Gilbert提出了“RNA world”（RNA世界）假说。

这一假说的中心是：在生命起源的早期阶段存在一个完全由RNA分子组成的分子系统，在这一体系中，系统的遗传信息由RNA进行储存，一部分具有催化功能的RNA分子催化RNA自身信息的传递及RNA分子的自我复制；由于这一系统能够使信息得到储存及复制，所以这一系统能够生存并进化；最后，信息的储存由结构更加稳定的DNA分子代替，而催化功能由催化能力更强的蛋白质取代，从而形成了现代意义上的生命体系3。

生命的起源与发展

生命的起源与发展生命的起源至今仍然是一个备受争议的话题。

科学家们通过对化石记录、遗传信息和实验研究的探索，尽力揭示了生命起源的可能途径和发展过程。

本文将介绍几种主要的生命起源理论，并探讨生命的进化和发展。

1. 原始汤理论原始汤理论是生命起源的一种主流观点。

按照这个理论，大约在约40亿年前的地球上，一个被称为原始汤的环境中，存在着所有生命起源所需的基本物质。

通过闪电、紫外线辐射等外部能量源的作用，原始汤中的无机分子逐渐合成了有机分子，形成了最初的生命前体物质。

2. RNA世界RNA世界理论认为，在生命起源的早期阶段，RNA可能是起到关键作用的分子。

RNA分子既具有信息存储的能力，又拥有催化反应的功能。

一些实验研究表明，RNA有可能自我复制，并且能够在理想的环境条件下演化出具备更强功能的RNA序列。

3. 来自外太空的生命种子还有一种有趣的生命起源理论认为，生命可能来自外太空。

据称，陨石中发现了一些有机分子，这引发了一种假设，即生命的起源可能是源自于外太空。

这一理论得到了天体生物学研究领域的科学家们的广泛关注。

生命的起源是一个非常复杂的过程，至今仍然没有一个确定的答案。

不同的理论各有侧重，但无论哪种理论，都需要通过实验验证和进一步的科学研究来达到更高程度的证明。

而生命的发展则是一个漫长而持续的过程。

通过进化，生命形式从简单的单细胞生物逐渐演化到如今的多细胞生物。

进化是指由于遗传变异和适应环境的压力而导致的物种的演变。

关于生命进化的证据主要来自化石记录和遗传学研究。

在数百万年的进化过程中，生命逐渐发展出了种群、物种的概念，并形成了各种各样的生态系统。

从单细胞生物到多细胞生物，再到高等动植物的出现，生命的多样性不断丰富。

生物在进化的过程中适应了地球的不同环境，并与其他生物相互作用和影响，形成了复杂的生态系统。

总而言之，生命的起源与发展是一个神秘而又壮丽的过程。

科学家们在探索生命的起源和进化过程中取得了一些关键性的发现，但仍需深入的研究和证明。

生命起源的科学解释

生命起源的科学解释生命的起源一直以来都是科学界和哲学界所关注的一个重要问题。

科学家们通过大量的研究和实验，提出了一些科学解释来解释生命从何而来。

本文将介绍几种主要的科学解释。

1. 化学进化理论化学进化理论是一种广泛接受的生命起源理论。

它认为，早期地球上存在着适宜的环境条件，如温度、压力和化学成分等，为有机分子的合成提供了可能。

詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出了“中心法则”，它指出了生命起源的关键是通过非生物有机物合成生物有机物。

化学进化理论认为，这些简单的有机分子通过反应和相互作用发展成为了复杂的生命分子，最终导致了生命的起源。

2. RNA世界假说RNA世界假说提出了一个重要的生命起源理论，即早期地球上的生命是基于RNA的。

根据这个理论，RNA具备了可以进行自我复制和催化化学反应等功能，使其有能力扮演生物学中核酸和酶的双重角色。

RNA世界假说认为，RNA是早期生命起源的基石，通过发展进化形成了现代生物中的DNA和蛋白质。

3. 基因实验室理论基因实验室理论认为，早期地球上的生命可能是在火山喷发或其他高温高压环境下诞生的。

这种极端环境提供了足够的能量，使化学反应能够进行自发合成生物分子，从而形成了最早的生命。

基因实验室理论还提出了生命起源于陨石中的可能性，因为陨石中存在着一些有机分子。

4. 脂质世界理论脂质世界理论认为，早期地球上的生命可能起源于脂质（脂肪酸）的聚合。

根据这个理论，当环境中存在足够的脂质和水时，脂质会在水中形成微小的胶团，也被称为脂质体。

这些脂质体具有类似于细胞膜的结构，可以在内部形成微小反应空间，并容纳其他生物分子，从而促使生物分子的化学反应和进化。

5. 深海热液喷口理论深海热液喷口理论认为，早期地球上的生命可能起源于深海热液喷口区，这些区域具有高温、高压和特殊的化学环境。

根据这个理论，海底热液喷口提供了丰富的无机和有机物质，为生命起源提供了必要的原料。

同时，这些喷口区域还具有稳定的热能供应和其他环境条件，促进了生物分子的合成和自组织。

RNA编辑与生命的起源

RNA编辑与生命的起源在我们的生命中，基因和DNA一直扮演着重要的角色。

然而，我们对于另一种类似于DNA的分子RNA相对较少了解，RNA编辑的发现为RNA的作用和生命起源的研究提供了新的思路。

RNA，即核糖核酸（Ribonucleic acid），是一种介于DNA和蛋白质之间的分子。

在细胞内，RNA起到了转录、翻译、调节等多种重要功能。

而RNA编辑是指从RNA前体中剪切出位于mRNA（信使RNA）序列中的一个或多个脱氨酶核苷酸（Inosine，I），并且将其转化为胸腺嘧啶核苷酸（Uracil，U）或其他的核苷酸，以改变mRNA的序列。

这种改变虽然不会改变基因信息的总量，但会导致丰富多样的基因表达。

在研究RNA编辑的过程中，发现许多动物如鸟类和啮齿类动物的RNA编辑程度要高于其他的生物，这启发了我们探寻RNA编辑与生命起源之间的关系。

RNA编辑的作用与生命起源RNA编辑让我们对于生命的起源和发展有了更为深刻的认识。

早在1993年，研究人员就在大肠杆菌的RNA片段中发现了RNA编辑的痕迹，这为RNA的复杂性和生命起源的谜题提供了线索。

此外，RNA编辑也对于生物的进化和适应性起到了非常重要的作用。

通过RNA编辑的“剪切”作用，可以改变某些基因的编码方式，从而使生物能够适应新的环境或扩大其生存优势。

例如，通过RNA编辑，鸟类能够有效地适应高海拔环境；啮齿类动物的脑部神经系统也是通过RNA编辑调节的，这使它们能够更好地适应它们独特的生存环境。

RNA编辑这一复杂的生物学现象在进化历史中起到了巨大的作用，也为我们探究生命起源和演化提供了新的思路。

与此同时，RNA编辑也为探寻许多神经系统疾病和癌症的路径产生了新的方向和策略。

总结RNA编辑这一现象使我们重新思考了在生命起源中其他的物质和机制。

在这个过程中，RNA编辑不仅为我们提供了一个新的理论框架，而且也在许多方面表现出其在现代生命科学中的重要地位。

它为我们理解和解决许多疾病提供了新的机会，为我们推进生命科学研究提供了许多新思路。

植物的他感作用

植物的他感作用邢勇 (山西省太原师范学院生物学系 030001)摘要他感作用物质的种类繁多,他感作用产生方式也不一,许多内外因素均影响其产生及作用效果。

他感作用在农业上有明显效应,并对植物群落的种类组成、群落的演替等均有重要影响。

关键词他感作用克生物质农业生态系统群落演替他感作用这一概念最初是在1937年由德国科学家M olish提出来的。

他认为,植物的他感作用就是一种植物通过向体外分泌代谢的化学物质,对其它植物产生直接或间接的影响。

之后,随着研究者工作侧重点的转移,这一概念逐渐被修正,用它仅仅表示一种植物(包括微生物)通过释放某些化学物质到环境中,而对其它种属植物(包括微生物)产生直接或间接的有害影响(Putnam,1985),故又称为异种抑制效应或异株克生作用。

起这种作用的化学物质叫做他感作用物质或克生物质。

人们形象地将他感作用称为植物界的化学战争。

他感作用是植物种间相互影响的方式之一,是种间关系的一部分,是生存竞争的一种特殊形式。

1 他感作用物质1.1 他感作用物质的种类 20世纪40年代以来,人们在植物他感作用的试验验证及他感作用物质的提取、分离、鉴定方面都做了大量工作。

Bode在1940年发现蒿叶的分泌物一种通式为C25H20O4的芳香族酸苦艾精对比邻而居的植物具有明显的抑制作用。

Wen(1948)观察到加利福尼亚荒漠的一种菊科灌木Encel ia f arinosa植株周围几乎不能生长任何植物,原因是其分泌的有毒物质。

Gray等(1948)的研究证明,这种分泌物是苯甲醛,它对许多野生和栽培植物都是致命的。

西班牙北部多种欧石南属植物都可以借克生物质阻止栎树生长,如帚欧石南(Erica scoparia)体内含有香草酸等10种水溶性酚,已在种子萌发试验中证实了其克生作用(Ballest er等,1977)。

在胡桃(Juglans regia)的叶、果实及其它组织内含有丰富的无毒氢化胡桃醌,经雨水淋洗或由根部分泌进入土壤,氧化后变为有毒的胡桃醌,能阻止大部分植物的生长,直至其死亡(Ponder等,1985)。

生命起源之谜RNA自我复制理论

生命起源之谜RNA自我复制理论自古以来，人类一直对生命起源的问题充满了好奇与探索的欲望。

在这个广袤的宇宙中，生命究竟是如何诞生的，一直是科学界的重要课题之一。

而在探索生命起源的过程中，科学家提出了许多关于RNA自我复制的理论。

RNA自我复制理论是指RNA分子在适当的条件下，能够自行复制、进化和变异，从而成为生命起源的关键步骤之一。

这一理论的提出源于对生命起源研究的深入探索，以及对早期地球环境的重建。

在地球约40亿年前的原始环境中，存在着丰富的有机物和稳定的温度、压力等适宜生命诞生的条件。

科学家们认为，在这样的环境中，RNA分子具备了自我复制的能力。

RNA（核糖核酸）是由核苷酸链组成的分子，含有葡萄糖胺基、磷酸基团和碱基，是DNA的近亲。

然而与DNA不同的是，RNA既可以作为遗传物质，又可以具备催化反应的功能，因此被认为是生命起源的可能起点。

RNA自我复制理论的基本思想是，原始环境中的有机物提供了RNA分子复制所需的基本元素，如核苷酸、碱基等。

当RNA分子与这些有机物结合时，可以形成新的RNA链，实现自我复制。

这种自我复制的过程需要一定的催化剂，即催化反应的酶。

在早期地球环境中，可能存在一些与RNA具有相似结构和功能的短链核酸，它们能够催化RNA的复制过程，使之可以自我复制形成新的RNA分子。

在早期地球环境中，RNA分子的自我复制过程可能是一个较为简单的循环反应。

首先，原始环境中的有机物与已有的RNA分子相结合，形成新的RNA链。

随着RNA分子的复制，新的RNA链可以具备催化反应的功能，促进更多 RNA的复制。

这种循环反应的结果是，RNA分子数量不断增加，即使其中出现了变异，也能在不断的复制过程中保持稳定，从而为生命起源提供了基础。

除了自我复制外，RNA还可以具备其他重要的功能，如催化反应。

实验也证实了RNA分子具有催化剂活性，即RNA酶。

这一发现被称为“RNA世界”的支持，即在早期生命起源过程中，RNA分子兼具遗传信息和催化反应的功能。

生命起源中的RNA世界假说

生命起源中的RNA世界假说生命是宇宙中最神妙的现象之一，我们的身体由无数微小的细胞组成，每个细胞都精密有序地完成着各种生命活动。

但是，人类对于生命的起源却一直研究不透，这个问题一直困扰着科学家们。

直到上世纪五六十年代，一个被称为RNA世界的假说悄然诞生，它深刻地在我们的认知中改变了生命起源的故事。

一、RNA和DNA的区别在谈论RNA世界假说前，我们需要了解RNA和DNA的区别。

RNA和DNA都是由碱基、磷酸和核糖组成的核酸，它们的碱基分别为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）。

但是，它们之间还存在两点显著区别。

首先，RNA和DNA的核糖不同，RNA的核糖是核糖糖分子，而DNA的核糖是去氧核糖糖分子。

这使得RNA的空间构型比DNA更多样化，RNA分子可以通过自身的特定结构和电荷来与其他生物分子进行特异性的相互作用。

其次，RNA是单链的核酸，而DNA是双链的核酸。

RNA的单链性质赋予了它更高的反应活性，因为它可以更容易地与其他生物分子形成相互关系。

二、RNA世界假说的提出RNA世界假说最早由美国生物学家Crick在上世纪六十年代提出，他认为最初生命起源的异构体是RNA分子，它既具备存储信息的能力，又能表现出催化和信仰的活性，同时也是进化的动力源泉。

RNA世界假说是一种令人激动的科学假说，它打破了生命的唯一起源是自我复制的DNA假说。

最早的生物必须了解如何存储和使用信息，现有的DNA无法自主工作并必须钦定一对编码和复制的蛋白质来共同工作。

而RNA可以单独为存储信息和催化反应而存在，因此RNA可能是最初的生物分子。

三、RNA世界的演化RNA世界的起源是通过生命产生的前生物物质，它们存在于许多化学环境中，例如海洋和热液喷口。

由于过去有限的证据，我们无法对RNA世界的起源和演化留下确凿的证据。

但是，根据RNA世界假说，生命起源的过程经历了以下阶段：1. RNA分子在漫长的时间里自发结合形成RNA酶，RNA酶是具有催化活性的RNA分子。

生命起源和演化中RNA世界假说及其实验验证

生命起源和演化中RNA世界假说及其实验验证在生命起源和演化的过程中，RNA世界假说是一种备受关注的理论，它提出RNA可能在早期地球上充当了自我复制和催化反应的核酸分子。

本文将探讨RNA世界假说的基本概念、支持证据以及相关实验验证。

RNA世界假说认为，在地球形成和早期生命出现之前，RNA是最早出现的生物分子之一。

据假说，早期地球的环境中存在着大量的基础化学物质，这些物质通过一系列反应逐渐合成了RNA分子。

由于RNA分子具备自我复制的能力，可以通过互补配对形成复制副本，因此将RNA视为起源于生命的基础分子。

支持RNA世界假说的证据有多个方面。

首先，研究发现RNA具有自我复制的能力，这意味着RNA分子可以通过模板复制生成新的分子。

此外，RNA还可以通过互补配对形成双链结构，这种配对结构可以使RNA分子具备催化反应的能力。

这些证据表明RNA具备了在起源和演化过程中扮演关键角色的潜力。

为了验证RNA世界假说，科学家们开展了一系列实验研究。

其中一项重要的实验是Thomas Cech和Sidney Altman在20世纪80年代进行的。

他们发现世界上第一个催化剂 RNA酶的存在，证明了RNA可以具备催化反应的功能。

这项实验为RNA在起源和演化过程中的作用提供了实验证据。

另一项实验证据是在实验室中成功合成RNA分子。

科学家们通过将适当的原始化学物质放置在实验室中的类似早期地球环境的条件下，成功地合成了RNA分子。

这些实验表明，早期地球上存在的条件可能促使了RNA的合成。

此外，科学家们还通过分析现代生命中的RNA使用情况来支持RNA世界假说。

研究发现，现代生命中许多基本的生物过程都依赖于RNA的存在，包括蛋白质合成、基因调控和细胞信号传递等。

这种广泛的RNA功能表明RNA在生命起源和演化中起着重要的作用。

尽管有着许多支持证据，RNA世界假说仍然面临一些挑战和争议。

例如，如何解释早期地球上所需要的条件以促进RNA的合成仍然是一个谜。

海南大学生物工程学院2021年《细胞生物学》考试试卷(5036)

海南大学生物工程学院2021年《细胞生物学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题（35分，每题5分）1. SDS是离子型去垢剂，可以用于膜蛋白的纯化。

（）答案：错误解析：SDS对蛋白质的作用较为剧烈，会引起蛋白质失活，因此在纯化膜蛋白以后，常采用非离子型去垢剂。

2. 由于线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由自身编码，少数蛋白质由核基因组编码，故称线粒体和叶绿体为半自主性细胞器。

（）答案：错误解析：线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由酶核基因组编码，少数是由自身编码，所以称为半自主细胞器。

3. 细胞壁可以看作是高等植物细胞的胞外基质，但它仅仅起支持与保护作用。

（）答案：错误解析：细胞壁不仅起保护环境支持与保护作用，而且其中的某些半乳糖作用具有信号分子的作用。

4. 大多数的真核mRNA都具有3′端的多聚A尾，它们是由外显子编码的。

（）答案：错误解析：真核生物的mRNA3′的多聚A尾不是由DNA编码的，是mRNA转录后修饰上的。

5. 多线染色体的每个带上只含有一个基因。

（）答案：错误解析：多线染色体的每条染色质纤维的带区含有3000～300000bp。

6. 细胞对大分子物质的运输中，胞饮作用形成的内吞泡需要微丝的参与，而吞噬作用形成的内吞泡需要网格蛋白的参与。

（）答案：错误解析：细胞对大分子固体的运输中曾中，胞饮泡的形成需要网格蛋白的可以参与，而吞噬形成的唤醒内吞泡需要微丝及其结合蛋白的参与。

7. 叶绿体基质中的类囊体是彼此独立的由单位膜封闭形成的扁平小囊。

（）答案：错误解析：叶绿体中相邻基粒类囊体经网管状或扁平状的基质类囊体相连，使类囊体腔彼此相通，因而一个叶绿体内的全部类囊体实际上是一个完整连续的封闭膜囊。

2、名词解释（40分，每题5分）1. 冷冻蚀刻技术答案：冷冻蚀刻技术是指首先用快速低温冷冻法将样品迅速冷冻；碎裂然后在低温下使相对脆弱部位断裂，用铂、金等金属或进行倾斜喷镀，再垂直于断面进行碳真空再次喷镀，已经形成一层连续的碳膜；最后将样品显而易见消化，在显微镜下观察碳膜和金属“铸型”的一种技术。

郑豪-生命的起源 -关于RNA学说

成员：
梁航华王峰
1
背景介绍
巴斯德研究所神创论自然发生说宇生说海底热泉生态系统说化学进化学说 RNA world 假说
2
法国巴斯德研究所：法国巴斯德研究所成立于1887年，是一个公益型私人基金会上海巴斯德研究所: 04年10月11日上海巴斯德研究所举行揭牌成立使命：前沿的科学研究服务于公共卫生健康事业严格的科学教育和培训
二、宇生说
地球上最早的生命或构成生命的有机物，完全
有可能来自宇宙空间。
陨石坑
彗星
6
理论依据
1969年，科学家发现坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗炭质陨石中就含有18种氨基酸，其中6种是构成生物的蛋白质分子所必须的。
2010 年，美国科学家在一块叫做“Ureilite”的陨石中发现了19种氨基酸, 既有“左手性”的氨基酸，也有“右手性”的氨基酸。
1995年，Harvard大学的Szostak小组通过“试管内进化系统”发现了能够参与C-N键合成的 Ribozyme。
21
3.RNA催化的后期实验
1998年，MIT的David Bartel小组的体外实验发现
了一种核酶能够基于1条RNA模板合成第三条RNA。
RNA催化的后期实验丰富了RNA的化学内容，为
这一阶段的演变过程是生命起源的关键，但目
前仅仅是推测。
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五、“RNA World”假说
谁是最早的生命大分子？
最初在地球上诞生的DNA(或RNA) 、蛋白质, 究竟哪一个才是原始遗传基因?
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成为原始遗传基因的必要条件：（1）具备自我复制功能；（2）自身是复制的模板；（3）具备催化复制反应的功能蛋白质被排除

生命起源理论及其评估举证──RNA世界假说探究

生命起源理论及其评估举证──RNA世界假说探究生命的起源一直以来都是科学界的一大谜题。

在过去的几十年里，科学家们提出了许多关于生命起源的理论，其中RNA世界假说备受关注。

本文将探究RNA世界假说及其相关的实验证据，评估其在生命起源研究中的地位和可信度。

RNA世界假说提出，早期地球上的生命起源于只具有RNA分子的生物体。

根据这一假说，RNA既可以存储遗传信息，又可以具备催化反应的功能，因此成为了第一个生命形式的基础。

这一理论的基础是RNA具有某些核酸酶活性，可以自身复制的能力，以及自身对环境的适应能力。

然而，要证明RNA世界假说的准确性并不容易。

科学家们进行了大量的实验证据收集和实验证验，以支持这一假设。

其中，一个主要的实验证据是发现了“自我剪接”RNA分子。

自我剪接RNA是一种可自身在反应中产生化学反应的RNA分子。

这种分子在现代生物体中并不常见，但在RNA世界存在的时期，可能扮演了重要角色。

通过实验证明自我剪接RNA的存在，科学家们提供了RNA世界假说的坚实基础。

另一个支持RNA世界假说的实验证据是发现了RNA酶。

在现代生物体中，大部分的化学活性都依赖于蛋白质酶。

然而，在早期生命形式中，可能是RNA分子扮演了酶的角色。

科学家们通过实验发现，RNA分子可以作为催化剂，促进反应的进行。

这一发现不仅支持了RNA具备催化反应的功能，也支持了RNA世界假说。

此外，科学家们还通过实验模拟了早期地球上的环境条件，以探究RNA的自身复制和发展过程。

他们在实验中使用了简化的RNA分子，在高温和强碱性条件下进行自我复制。

实验结果显示，这些RNA分子在一定程度上具备自我复制的能力。

这一实验证据进一步支持了RNA世界假说，认为RNA可能是早期生命起源的基础。

然而，尽管RNA世界假说得到了一些实验证据的支持，它仍然面临着一些挑战。

一个主要的挑战是RNA分子的稳定性。

RNA分子在自然环境下很容易被分解，因此它们很难长时间地保存下来。

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RNA的酶及遗传信息载体两重性与生命起源
潘正军　(江苏省淮阴师范学院生物学系　223001)
1953年ler的实验证明在原始地球上可生成简单的小有机分子。

而根据Fox等人的大量实验,原始地球上这些简单的化合物可以合成更为复杂的有机化合物。

现代分子生物学阐明,核酸、蛋白质是生命的主要组成部分,其中核酸是贮存和传递遗传信息的分子,而蛋白质是执行功能的分子。

只有当核酸和蛋白质系统获得信息贮存、自我复制、变异以及在选择下适应进化的能力时,才可能出现生命。

在生命起原中是先有核酸还是先有蛋白质?这曾被人认为是一个悬而未决的“蛋鸡悖论”。

目前,有一系列的实验证据支持了生物大分子起源之初是“RNA世界”之说(G ilbert,1986)。

1　RNA功能的二重性
1.1　RNA与酶　1981年美国科罗拉多大学Cech的研究组证明四膜虫rRNA前体能自动切除413个核苷酸的内含子,这一过程完全没有蛋白质参加,称之为自我拼接。

Cech首次提出了ribozyme这一名词,用以指具有催化功能的RNA。

1984年美国Altman证明,细菌加工t RNA的酶RNAaseP中的RNA单独也能切断t RNA前体的5′-末端,只需提高Mg2+浓度。

Cech与Altman发现RNA具有催化功能而获得了1989年诺贝尔化学奖。

1986年Cech证明,rRNA还具有核苷酸转移酶、磷酸二酯酶、RNA限制性内切酶、磷酸转移酶等多种活性。

后来又发现不少RNA具有催化功能。

1989年Uhlenbeck实验室人工合成具有催化活性的由19个核苷酸组成的寡聚核糖核苷酸。

RNA具有酶的催化活性,动摇了以前认为核酸缺少一种催化能力和最早出现的是蛋白质的说法,改变了人们“只有蛋白质才具有酶的活性”的传统观念。

1.2　RNA与核糖体　核糖体在细胞中的功能是人所共知的,RNA占核糖体的60%,长期以来它仅仅被看做是r蛋白的组织者,即形成核糖体的内部结构框架和与蛋白质合成过程中所涉及到的RNA配对碱基有关。

但在对r蛋白和rRNA进行大量研究特别是利用化学方法和遗传突变株来研究r蛋白的功能以后,人们对于r蛋白是否具有催化蛋白合成的活性提出了疑问:(1)很难确定哪一种r蛋白具有催化功能。

(2)多数抗蛋白质合成抑制的突变株,并非由于r蛋白的基因突变而往往是rRNA基因发生了突变。

(3)在整个进化过程中,rRNA的结构具有更高的保守性。

Noller 等(1992)用化学手段处理大肠杆菌50S的大亚单位,去掉与23SrRNA结合的各种r蛋白,结果发现得到的23SrRNA仍具有肽酰转移酶的活性,能催化肽链的合成。

最近有人用人工合成的大肠杆菌的23SrRNA在没有任何核糖体蛋白存在的情况下,实验中仍具有催化氨基酸间形成肽链的能力。

这些重要发现不仅推动了对核糖体结构与功能的研究,更重要的是对于弄清地球上生命起源的最初形式有所启示。

根据一系列的实验结果,人们推论最初的蛋白质是由原始核糖体合成的,这种原始核糖体主要由RNA 构成,形成一种RNA催化剂自我催化系统。

某些原始的RNA可能结合氨基酸而作为原始t RNA,原始的mRNA也是由原始的rRNA分化出来的。

也就是说,在生命起源中先形成RNA,RNA既具有遗传密码功能,又具有催化功能,然后才产生蛋白质。

这些蛋白质比起RNA这类分子具有更大的催化动力,从而取代了绝大部分RNA酶的功能。

1.3　RNA与DNA　RNA的信息功能人们早已明了,在由达尔文式的分子水平的适应性选择和RNA分子的突变中,核糖在第二位脱氧生成脱氧核糖,由此产生的DNA链比RNA链稳定,DNA链由于自身的特点可形成双链,而双链比单链更加稳定,且DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶使之易于修复,作为遗传物质载体有可能贮存大量的信息并能更稳定地遗传。

经过一代又一代的调整,遗传信息就由DNA承载,性状由蛋白质体现,RNA起着遗传信息表达的中介作用。

1.4　RNA与病毒　病毒是非细胞形态的生命体,是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质外壳构成的核酸-蛋白质复合体,关于它的进化地位目前虽有争论,但引人注意的是类病毒(仅由一个有感染性的RNA分子构成)的存在,是否也证明了RNA分子功能上的特殊性?如果单纯讨论病毒自身的进化,我们是否可以这样认为:先有类病毒,再演化为RNA病毒,最终衍生为DNA病毒?
目前,研究者倾向于他感作用的机制及在植物区系中的作方面的研究,但对他感物质的产生和释放的认识还很有限;对苔藓、蕨类植物他感作用的探讨还应加强;涉及微生物的他感作用亦应给予足够的重视;通过杂草与作物他感作用的深入研究而达到无杂草栽培的目的也是人们十分关注的。

综上所述,RNA既具有遗传信息载体功能又具有酶的催化功能,而DNA和蛋白质都只能执行一个方面的功能。

因此,RNA可能是生命起源中最早的生物大分子,在生命起源中起主体与中心作用。

一个有趣的现象是,至今在遗传信息表达体系中,不仅还要通过RNA完成信息传递和密码的翻译,而且一些重要的反应过程如mRNA的拼接和蛋白质的合成仍需RNA的催化作用。

2　生命起源的早期进化路线
根据前述内容,我们推测生命的最早形式可能是由膜围绕的一套具有自我复制能力的分子体系和简单的物质与能量供应体系,其遗传物质的载体是RNA。

RNA的催化效率远远低于蛋白质,整个体系复制效率很低。

在漫长的进化过程中,由RNA催化产生了蛋白质,进而DNA代替了RNA的遗传信息功能,蛋白质则取代了绝大部分RNA酶的功能,逐渐演化成原始的细胞。

嗜高温酶及其耐热机制范玉贞　(河北省衡水师范专科学校生物学系　053000)
除了核酶及脱氧核酶以外,其他酶的化学本质都是蛋白质。

酶蛋白的一个重要性质就是遇热变性并失去催化活性。

可是有些酶能在80℃以上的条件下发挥功能,这类酶叫做嗜高温酶。

嗜高温酶主要存在于嗜热菌与超嗜热古生菌中,它们之所以能在70～110℃的温度范围内生长,关键在于这类细菌的类脂、蛋白质、酶及核酸等生物大分子的热稳定性。

由于嗜高温酶在高温发酵、PCR技术以及钻井采油等方面具有广泛的应用前景与开发潜力,所以研究它们的结构特点及其耐热机制,寻找或设计新的嗜高温酶是生产与科研共同关注的热点问题。

虽然现在还没有彻底阐明嗜高温酶的耐热机制,但是从目前的研究结果来看,嗜高温酶的抗热性是由于酶本身稳定的天然结构以及嗜热菌胞内含有的热稳定因子对酶蛋白的保护作用。

此外,钙、锌等金属离子对嗜高温酶也有热稳定作用。

1　嗜高温酶的结构及其耐热机制
由于早期地球是高热缺氧的极端环境,故只有嗜热的专性厌氧生物才能生存。

超嗜热古生菌的耐热及专性厌氧等特点符合早期地球地质的化学条件,因此这类细菌很可能是地球早期的生命形式。

如果生命开始于生存在热环境中的嗜高温微生物,进化过程则是使嗜高温酶转变成嗜常温酶及嗜低温酶。

研究引起嗜高温酶变化的因素,比较同源酶的结构差别,对于了解生命起源与进化,设计新酶以及认识嗜高温酶的耐热机制都会提供重要的启示。

人们对嗜高温酶和嗜常温酶的氨基酸序列差异进行了大量的研究,发现大多数嗜高温酶与同源嗜常温酶的氨基酸序列同源性很大,只有某些关键区域少数氨基酸的变化,但也有些同源酶的氨基酸序列同源性较小,出现大量的氨基酸取代或插入。

不管属于哪种情况,酶蛋白的一级结构都对其本身的抗热性具有重要作用。

因为维持蛋白质高级结构的次级键(氢键、离子键及疏水键等)都是由氨基酸序列中的侧链基团参与形成的,故嗜高温酶的一级结构改变就会引起这些次级键变化或者增加了次级键的数量,从而使酶分子的结构更稳定,因而也更具抗热性。

Tesfay HS分析比较了嗜热脂肪芽孢杆菌(B acil2 l us stearothermophil us)的热稳定性3-磷酸甘油醛脱氢酶-GPDH-ST(80℃保温10min仍保持活性)和B acill us coagulans的热不稳定的3-磷酸甘油醛脱氢酶-GPDH-CO(55℃保温5min就失去95～100%的活性)的氨基酸序列,这两种酶都含有335个氨基酸残基,其序列同源性高达91.6%。

这就暗示酶的耐热性是由少数氨基酸的变化而引起的。

GPDH-ST与GPDH-CO的氨基酸序列的差别体现在28个氨基酸残基上,它们主要分布在肽链中间的三分之一处。

其中有5个是GPDH-ST中的脯氨酸代替了GPDH-CO中的丙氨酸。

脯氨酸的结构熵比其他氨基酸小且更容易折叠,但是一旦折叠就需要更多的能量才能解开。

每个脯氨酸代替丙氨酸后能为折叠提供约1K cal/ mol的自由能,故5个脯氨酸代替的加合作用就极大地提高了酶的抗热性。

由热球菌(Thermcoccus litoralis)产生的Vent TM DNA聚合酶和水生栖热菌(Tnerm us aqustics)产生的Taq DNA聚合酶都是嗜高温酶。

它们不仅为PCR技术大量体外扩增DNA提供了条件,而且也使PCR技术得到了迅速发展与广泛应用。

将Taq聚合酶的大片段(K lentaq1)与大肠杆菌(Escherichia coli)DNA聚合酶I的K lenow片段(K lenow polI)进行比较,其序列同源性只有49.6%。

进一步分析它们的结构后证明,两。