生化科學研究所蕭超隆教授團隊： 「核糖體，怎麼來的？」

(蕭超隆助理教授撰)

「核糖體，怎麼來的？」—這是大哉問。 我想，我們的研究團隊正在實驗室時光回溯重演生命的樂章。我相信，此一系列相關的研究與實驗，將明白核糖體緣起的演化進程，對於尋求生命訊息與探索生命起源，能有更深一層的詮釋。

「核糖體」的緣起與生命的起源是探索生命的重要課題。在生物，核糖體是負責合成蛋白質的生物巨分子。核糖體的存在與否，可當成一項指標，用以判斷是否為生物的依據。換言之，只要是生物就必定有核糖體。過去文獻指出核糖體遠在地球距今約 35-37億年前已經存在，而當時生命在地球上處於無氧且富含亞鐵金屬離子的生活環境。本項研究透過實驗技術，時光回溯古地球環境，解開核糖體緣起的可能關鍵單元構造，此研究成果已刊登國際頂尖學術期刊 Molecular Biology and Evolution。

如果生命處於無氧且富含亞鐵的古地球環境中，我們可以合理推測並假設，當時存在的生物巨分子與亞鐵之間可能息息相關。組成核糖體的主要兩種生物聚分子是核酸與蛋白質。然而，蛋白質與核酸皆需要金屬離子的協助行堆疊與功能。我們從文獻中得知核糖體大亞基的核酸分子（23S rRNA）內部，有四組雙金屬鎂離子的保守構型存在，而其中的三組雙金屬鎂離子被認為是構成蛋白質合成催化中心的主要貢獻構造。

本項研究中，研究團隊利用高解析度的核糖體三維結晶構造與二級構造為藍圖，透過生物資訊的演算與設計，利用生物化學和分子生物學的方式，合成了四個核糖體23S的核酸片段。透過這四個核酸片段，我們在模擬古地球的環境裡，首次展示了雙金屬－核酸錯化物的化學功能與物化性質，並且用它們詮釋遠古核糖體的演化進程。

我們認為，生物的物競天擇，在遠古核糖體的分子演化裡，可能就是「單電子移轉」的氧化還原功能。我們的研究實驗證實了，在古地球環境中，特定的雙金屬－核酸錯化物的單元構造是賦予核糖體大亞基核酸分子具備氧化還原的催化功能。因此，亞鐵子與特定核酸片段，所形成的特定雙金屬－核酸錯化物的構造，透過「單電子移轉」作為一種可能的進化壓力手段，在遠古核糖體的分子演化中，篩選了特定的核酸片段，進而逐步演化成目前的核糖體結構。

此基礎研究解開了核糖體大亞基核酸分子具備氧化還原功能的機制與四組雙金屬離子保守構造的生物物理及生物化學功能，並開啟了45億年前，遠古核糖體分子演化進程的可能模型（圖三）。

對此項研究的支持，我們由衷感謝臺大、中研院、以及科技部。