生命物質(zhì)中的手性偏好可能會自發(fā)產(chǎn)生優(yōu)化能量收集
生命物質(zhì)中的手性偏好可能會自發(fā)產(chǎn)生以優(yōu)化能量收集。
當(dāng)一個人在鏡子前握住右手時，可以看到左手的反射圖像，反之亦然。路易斯巴斯德在 1848 年觀察到，有機(jī)分子與人的手相似，因?yàn)樗鼈兂霈F(xiàn)在左手和右手版本的鏡像對中。我們現(xiàn)在知道，這種手性或手性（來自希臘語中的“手”）是有機(jī)分子的標(biāo)志。
有機(jī)分子富含碳原子，碳原子形成鍵以形成右手或左手“納米手”。然而，令人困惑的是，生命幾乎總是選擇專門使用兩個鏡像雙胞胎中的一個——這種現(xiàn)象被稱為同手性。例如，陸地生命以左旋氨基酸和右旋糖為基礎(chǔ)。
盡管提出了許多解釋，但純手性如何以及為何出現(xiàn)仍然是一個謎。手性對稱性破壞是一種左手和右手分子以 50-50 的比例混合而偏向另一方的現(xiàn)象，在生物化學(xué)中具有極大的研究興趣。了解同手性的起源對于研究生命起源以及更實(shí)際的應(yīng)用（例如手性藥物分子的合成）非常重要。
“手性”分子是不能與其鏡像重疊的分子。就像左右手有拇指、手指的順序相同，但是是鏡像而不是相同的，手性分子具有相同的東西以相同的順序連接，但是是鏡像而不是相同的。盡管大多數(shù)氨基酸可以左旋和右旋兩種形式存在，但地球上的生命幾乎完全由左旋氨基酸組成。
可見光是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，經(jīng)典解釋與傳播的光線和波前，基于一個簡單的模型在 17 世紀(jì)末由荷蘭物理學(xué)家克里斯蒂安 · 惠更斯首次提出的概念。電磁輻射的大家庭，對其中可見光波狀現(xiàn)象屬于 （也被稱為輻射能量），是主車輛輸送能量，通過浩瀚的宇宙。機(jī)制的可見光是發(fā)射或吸收的物質(zhì)，和它可以預(yù)見的反應(yīng)在不同條件下作為它穿越空間和大氣中，形成的顏色在我們的宇宙中存在的基礎(chǔ)。
一個模型為生命中單手性的出現(xiàn)提出了一種新的解釋——這是一個關(guān)于地球上生命起源的長期謎題。
人們普遍認(rèn)為，生命起源于能源豐富的棲息地——例如原始海洋深處的熱液噴口。考慮到可能的原始地球情景，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所軟物質(zhì)和生命物質(zhì)中心的 Tsvi Tlusty 教授和 William Pi?eros 博士設(shè)想了一個與環(huán)境交換能量的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)該團(tuán)隊(duì)使用數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)模擬來模擬容器中不同化學(xué)元素的良好攪拌溶液時，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)自然傾向于打破分子鏡像對稱性。
單手性自發(fā)出現(xiàn)在益生元化學(xué)網(wǎng)絡(luò)中，以優(yōu)化從環(huán)境中獲取能量。
與內(nèi)容相關(guān)的產(chǎn)品: 體視顯微鏡
以前認(rèn)為手性對稱性破壞需要多個自催化環(huán)，這會越來越多地產(chǎn)生分子的一種對映異構(gòu)體，同時抑制另一種對映異構(gòu)體的形成。然而，IBS 團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，對稱破缺的潛在機(jī)制非常普遍，因?yàn)樗梢园l(fā)生在具有許多隨機(jī)分子的大型反應(yīng)系統(tǒng)中，并且不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。發(fā)現(xiàn)這種向純手性的急劇轉(zhuǎn)變源于反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的自我配置，以實(shí)現(xiàn)更有效地從環(huán)境中收集能量。
Pi?eros 和 Tlusty 開發(fā)的模型表明，高耗散系統(tǒng)和大能量差異更容易導(dǎo)致手性對稱性破壞。此外，計(jì)算表明這種轉(zhuǎn)變幾乎是不可避免的，因此有理由相信它們可能通常發(fā)生在隨機(jī)化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中。因此，該小組展示的基于能量收集優(yōu)化的模型解釋了純手性是如何從早期地球惡劣、能源豐富的環(huán)境中自發(fā)產(chǎn)生的。
所提出的對稱破缺機(jī)制是一種通用機(jī)制，可以應(yīng)用于導(dǎo)致復(fù)雜性增加的生物體中的其他轉(zhuǎn)變。
此外，該模型提出了一種通用機(jī)制，解釋了系統(tǒng)的復(fù)雜性如何隨著它更好地適應(yīng)利用變化的環(huán)境而增長。這表明手性對稱性破缺是任何復(fù)雜系統(tǒng)（例如生命）的固有標(biāo)志，它能夠自我配置以適應(yīng)環(huán)境。這些發(fā)現(xiàn)可以進(jìn)一步解釋更復(fù)雜的生物過程中的自發(fā)對稱性破壞，例如細(xì)胞分化和新基因的出現(xiàn)。
這項(xiàng)研究將于（2022 年 4 月 26 日）發(fā)表在《自然通訊》雜志上。