核苷酸的形成

5.核苷酸的形成

我们即使可以假设，某种过程使核酸的组成成分出现在生物前地球上，“RNA世界”假说仍须解释自我复制的RNA是怎样由这些成分产生的。这个最简单的假说假定，当直接的化学反应使核糖与核酸碱基和磷酸（它也可被用于无机物中）相结合时，就形成了RNA中的核苷酸，接着，这些核糖核苷酸自发地结合起来形成多聚体，至少这些聚合物之一碰巧能够操纵自己进行自我复制。

这个方案是有吸引力的，但同时也要看到要证明它亦是有困难的。首先，在缺乏酶类的情况下，研究人员对合成大量而纯净的核糖已感到烦恼。人们早已知道，核糖通过甲醛分子之间的一系列化学反应，就能够容易地产生出来。可是，当这种反应发生时，产生的是糖的混合物，而其中的核糖产生量总是很少，至今还没有人发现出一种简单而完整的以核糖为主要终产物的链式反应。而且，试图在生物前条件下，直接由核苷酸的成分来合成核苷酸的努力，只获得了有限的成功。人们寄予希望的一系列实验已得到了嘌呤核苷——即组成核糖和嘌呤碱基的单位，但未含有完成核苷酸所必须存在的磷酸根。更遗憾的是，研究人员在缺少酶类的帮助下未能有效地生产出嘧啶核苷（核糖与胞嘧啶或尿嘧啶的化合物）。

通过简单的生物前反应已获得了把磷酸与核苷结合来生成核苷酸，可是在自然界中在形成各种核苷酸的同时也产生了含有不正确结构的有关分子。假如这类混合物出现在年轻的地球上，异常的核苷酸就会与正常的核苷酸相互作用而干扰催化作用和RNA的复制。因此，虽然在某种程度上能够获得（核糖）核苷酸的每一步骤，但可以看出，怎样的生物前反应才可以导致产生自我复制的RNA所需的核苷酸的形成是不易做到的。

解决这个问题的一种方法是，假定无机矿物催化剂可用来确保只形成正确的核苷酸。例如，当核苷酸的成分被某些无机物的表面吸附时，此种无机物就可能使它们只与特定排列的物质相结合。无机物作为催化剂使用实际上仍然是可能的，但是迄今试验的无机物，还没有一种表现出具有只形成含有正确结构的核苷酸需求的特异性。

导致发生有效地合成纯净的核苷酸的非酶促反应还是可能的，但是科学家单单是要鉴定出核苷酸就未能成功。以此为由，阿尔伯特·艾普莫斯最近已设法在由甲醛分子聚合反应制造核糖时限制产生其他糖类的数量。他在多次实验中，用一种与之密切相关的磷酸化了的化合物取代形成核糖反应的一种普通的中间体，并使接下去的最后几个反应得以进行。在某些条件下，主要的终产物是磷酸化了的核糖衍生物，这种产物上的磷酸根可以进行重排，以便形成（核糖）核苷酸中发现的那种磷酸化核糖。上述结果暗示，生物前朦胧期中未显示的反应可能已导致（核糖）核苷酸的有效合成。