我们做学生那时候流行一个有意思的悖论，因为当时遗传学的中心法则搞得火热，而这个中心法则试图告诉人们生物的遗传信息是从“DNA-RNA-多肽-蛋白质”这样传递的。当时的一些聪明人马上想到了一个类似“先有鸡，还是先有蛋”的问题，即在生命形成及进化过程中是先有DNA(组成的基本单位是与碱基相连的戊糖环第2'碳是一个氢(脱氧)，而不是仲醇基), 还是先有RNA(与脱氧核糖核酸的直接差别是上述2'位是仲醇基团)? 基于核酸分子构象的保守性决定核酸聚合酶的结构进化保守性范式，把负责基因组复制的DNA聚合酶和负责基因组复制的RdRp 、RT以及负责基因转录的RNA聚合酶和真核生物细胞中复制执行RNAi 转录的eRdRp聚合酶的核心结构域比较来看，会发现细菌、古细菌和真核、病毒等生物的DNA聚合酶彼此之间并不来自同一祖先，相反古细菌的DNA聚合酶却与负责基因转录的RNA聚合酶有着类似的催化核心结构，均由双psi β桶结构域组成。除主要负责细菌DNA聚合的DNA聚合酶C家族外，负责“遗传信息储存”的DNA或RNA分子的核酸聚合酶的催化核心中则普遍存在着与单亚基RNA聚合酶催化核心的所有的“右手”构象。这种情况强烈暗示，现有DNA 生命来源于RNA-蛋白质生命形式的"进化"。RNA折叠成的"Riozyme"(核酶)是细胞生命进化的起点。

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RNA世界研究进展

表1、核酸聚合酶(DNA 聚合酶和RNA 聚合酶)

基于结构和功能相似性的聚合酶分类

DNA 为模板的DNA聚合酶（DNA polymerase ，DNA-directed DNA polymerase, DdDP)

A家族（Family A）: DNA polymerase I; Pol γ, θ, ν

B家族（Family B）: DNA polymerase II; Pol α, δ, ε, ζ(真核基因组复制)

C家族（Family C）: DNA polymerase III； holoenzyme（细菌）

D家族（Family D）:DNA polymerase D (古细菌基因组复制)其合成结构域（catalytic core of PolD）与负责真核生物基因转录的RNA聚合酶的大亚基以及DNA病毒的同源(图三所示)

X家族（Family X）: Pol β, λ, μ （真核）

Terminal deoxynucleotidyl transferase (TDT), 负责制造抗体重链多样性

Y家族（Family Y）: DNA polymerase IV (DinB)、 DNA polymerase V (UmuD'2C) - SOS repair polymerases （TLS）; Pol η, ι, κ （原核和真核均有，这个家族的聚合酶不具3'-5'校对活性，整体构象依然为"右手"构象）

逆转录酶（ Reverse transcriptase ，RT; RNA-directed DNA polymerase; RdDP)，端粒酶（Telomerase）

DNA为模板的RNA聚合酶（DNA-directed RNA polymerase，DdRP, RNAP)

1、多亚基 （Multi-subunit，msDdRP): RNA polymerase I, RNA polymerase II, RNA polymerase III(基因转录，核心催化结构域为双psi-beta桶构象)

2、单个亚基（Single-subunit ，ssDdRP): T7 RNA polymerase, POLRMT(右手构象)

3、引物酶：Primase, PrimPol

RNA为模板的RNA聚合酶（RNA replicase ，RNA-directed RNA polymerase, RdRP)

1、病毒的RdRp(Viral RdRp, 单体酶，single-subunit)

2、真核细胞RdRp(Eukaryotic cellular,cRdRP/eRdRp; 双亚基酶，dual-subunit)

无模板RNA延伸（Template-less RNA elongation）

3、聚腺苷酸化：PAP，PNPase（Polyadenylation: PAP, PNPase）

以上列出了所知核酸聚合酶种类

这些聚合酶通常分为两个超家族，“右手”折叠和“双psiβ桶”（通常简称“双桶”）折叠。前者见于几乎所有的DNA聚合酶和几乎所有的病毒单亚基聚合酶；它们以一个保守的“手掌”域为标志。

                  图一、 具有"右手"结构域的DNA 聚合酶和RNA 病毒的RNA聚合酶

A、右手构象聚合酶保守的“手掌”结构域的共有二级结构元件。其中，罗马数字1、2、3、4标识的蓝色beta片层，而大写字母A、B则标识的褐色为alpha螺旋

B、水生嗜热菌（Thermus aquaticus）DNAPolC及已知的褐色家鼠（Rattus norvegicus）的Polβ核心催化结构域

（图中罗马数字和大写字母所标识的二级结构元件与上图同）

图二、右手构象聚合酶中保守的“手掌”结构域

后者见于所有多亚单位RNA聚合酶、eRdRP和古细菌中的“D家族”DNA聚合酶。DNA聚合酶β所代表的“X”家族只有一个模糊的“手掌”形状，有时被认为是一个不同的超家族。

图三、核酸聚合酶中保守的双psi桶结构域

细菌、故细菌和真核的引物酶（Primase）通常不属于这两类。细菌的引物酶通常含有“Toprim”结构域，与拓扑异构酶和线粒体解旋酶twinkle有关。古细菌和真核生物的引物酶则形成一个不相关的AEP家族，可能与聚合酶链有关。这两个家族可能均与同一套解旋酶有关(一些信息汇总于下表)。

表2、不同生物聚合酶核心结构域的结构特征汇总

注解：1、AEP 古细菌-真核 引物酶；DNAP，DNA聚合酶；DPBB，双-psi beta桶结构域；RNAP，RNA聚合酶；RdRp， RNA依赖的RNA聚合酶；RRM，RNA识别基序；RT，逆转录酶。

2、X家族（Family X）: Pol β, λ, μ （真核）

Terminal deoxynucleotidyl transferase (TDT), 负责制造抗体重链多样性

3、Y家族（Family Y）: DNA polymerase IV (DinB)、 DNA polymerase V (UmuD'2C) - SOS repair polymerases （TLS）; Pol η, ι, κ （原核和真核均有）

进化差异

细菌、古细菌和真核生物负责DNA复制的DNA聚合酶（DNAP）属于3个不同的蛋白质家族，3个DNAPs的核心催化域彼此无关，分别采用不同的蛋白质折叠作为其催化核心。表明各自起源不同。其中，古细菌的DNA的复制型DNA聚合酶（PolD）与负责转录的通用RNA聚合酶（RNAP）的大亚基之间具有同源性，表明两者之间具有某种进化联系。两者的RNAPs和复制性DNAPs有可能从一个共同的祖先基因进化而来。该祖先基因编码在DNA复制出现之前的RNA蛋白质世界中RNA依赖性RNA聚合酶的作用。最后一个通用细胞祖先（LUCA，Last Universal Cellular Ancestor）的复制性DNAP可能是古细菌PolD的祖先。

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