地球最早的生命形态如何保护他们的基因

认为你的生活很艰难?想象一下，想要成为一个小小的细菌，试图在一个年轻而荒凉的地球上站稳脚跟。我们星球上最早的生命形式经受了灼热，紫外线辐射和缺氧的气氛。

大卫·贝拉坦在杜克大学实验室的研究技术员本杰明·卢梭研究了一种帮助这些细菌在恶劣环境中生存的分子机器。这种分子称为光裂解酶，可以修复被紫外线(UV)辐射损坏的DNA - 相同波长的太阳光会让我们晒伤并使我们面临更大的皮肤癌风险。

“在阳光下的任何东西 - 这两个词的含义 - 必须有办法自我修复，光解蛋白质就是其中之一，”卢梭说。“它们是最古老的修复蛋白之一。”

尽管这些蛋白质已经存在了数十亿年，但科学家仍然不确定它们是如何工作的。在一项新研究中，Rousseau及其同事与David Beratan教授和助理研究教授Agostino Migliore合作，利用计算机模拟研究了嗜热菌中的光解酶，嗜热菌是地球上原始细菌先驱的伟大曾孙。

该研究发表在2月28日的“美国化学学会杂志”上。

DNA由碱基链A，C，G和T构成，其顺序编码我们的遗传信息。紫外线可以触发两个相邻的碱基反应并相互锁定，使这些遗传指令不可读。

光解酶使用分子天线捕获来自太阳的光并将其转换成电子。然后它将电子交给DNA链，引发一种反应，将两个碱基分开并恢复遗传信息。

卢梭研究了一种叫做腺嘌呤的分子在将电子从分子天线穿梭到DNA链中的作用。他看着古老细菌的热爱祖先，称为嗜热菌，以及像大肠杆菌这样在中等温度下茁壮成长的现代细菌，称为嗜温菌。

他发现在嗜热生物中，腺嘌呤在将电子转移到DNA中发挥了作用。但在大肠杆菌中，腺嘌呤处于不同的位置，主要提供结构支持。

Rousseau说，结果“强烈表明，嗜温菌和嗜热菌在使用腺嘌呤时对于这种电子转移修复机制存在根本性的不同。”

他还发现，当他将大肠杆菌冷却到20摄氏度 - 大约68华氏度时 - 腺嘌呤向后移动，恢复其运输功能。

“这就像一个温控开关，”卢梭说。

虽然人类不再使用光解酶进行DNA修复，但蛋白质在细菌，真菌和植物等生命中仍然存在，甚至被作为防晒剂中的一种成分进行研究，以帮助修复紫外线受损的皮肤。

Rousseau说，了解光合酶的确切作用还可以帮助研究人员设计具有多种新功能的蛋白质。

“Photolyase独自完成所有工作 - 它收获光线，它将电子转移到另一个地方很远的距离，然后它切割DNA碱基，”Rousseau说。“具有这种过多功能的蛋白质往往是蛋白质工程的一个有吸引力的目标。”

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