硅碳在酶的作用下首次结合 能创造硅基生命吗?

  11月25日消息 据福布斯报道,尽管说起来难以置信,但2016年地球上两种元素首次在酶的作用下相结合。结合双方是硅和碳,前者是我们星球上含量最丰富的元素之一,而后者是构建生命的基本元素。

硅碳在酶的作用下首次结合 能创造硅基生命吗?

(图:Sek Bik Jennifer Kan,博士后研究员兼加州理工学院阿诺德团队成员)

  几乎每一个生物分子——蛋白质、糖、DNA——其基础都是一串相互结合的碳原子。生物体中的酶是串联碳原子的行家里手。

  但就我们所知,这些酶从来没能将碳和硅连接到一起。考虑到硅在地球上的丰富度紧排在氧之后,碳和硅之间也没有什么大差别(同属一族,均有有四个电子,活性类似),这个事实难免不让人惊讶。硅基生命的想法长久以来一直吸引着科学家,在《星际迷航》电影中就出现了硅基生命的角色Horta。虽然硅基生命存在的可能性还处于理论阶段,但硅元素作为现代电脑芯片的基本物质已广为人知。

硅碳在酶的作用下首次结合 能创造硅基生命吗?

(图:地球的地壳元素丰度列表。)

硅碳在酶的作用下首次结合 能创造硅基生命吗?

(图:星际迷航中的外星硅基生命Horta)

  加州理工学院的化学家弗朗西斯·阿诺德(Frances Arnold)和她的团队已经朝这个方向迈出了第一步。他们利用名为细胞色素c的天然蛋白成功将碳和氧结合在一起。细胞色素c通常不形成化学键,也就是说它并非天然的酶。研究团队做了一种更好的突变蛋白质,能够更有效地执行反应。他们打造的人工酶比人体自然产生的酶优秀15倍。他们的研究成果发表在最近一期的《科学》杂志上。

  “自然中的可能性让我着迷。这是一个在自然界中不存在的键,但给出一定条件,天然蛋白质能够将之实现。”阿诺德说。“我们可以通过定向进化让它变更好。”

  阿诺德的人工酶真正擅长的是制造特定分子配置。在生物学中,分子的形状和分子成分一样重要。人工酶应用前景很广泛。

  化学家对这个成就所解锁的可能性感到兴奋。有能力控制分子形状意味着这种酶可以用于制造含硅药物。

  德克萨斯大学奥斯汀分校生物化学家安德鲁·艾灵顿(Andrew Ellington)说:“弗朗西斯为合成有机化学家开发了一个用来制造奇趣新化合物的全新工具。”

  阿诺德的期望远不止于此。她认为酶的定向进化的最终目标不仅能够给化学家提供工具。“我的梦想是有一天它们能取代化学家。”

  研究同时揭示了硅基生命的可能性。通过将硅加入到生物反应中,这种人工酶可以帮助科学家探究硅基生命的世界。相关研究也能帮助我们更好地理解为何地球上的生命演变为使用碳来构造生命。

  未来存在各种可能性。当下还很难说明阿诺德的研究的价值和影响。

  “生物学只使用了元素周期表中很小的一部分,作为人类科学家,我们是否可以做出些许改进呢?”艾灵顿说。

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