化学家发现了帮助生命出现的关键反应

氰化物可以催化早期地球上氨基酸和核苷酸的非生物合成,为未来的生物分子提供“构件”。

地球上的生命开始于大约 40 亿年前,当时地球被广阔的海洋所覆盖。这个漫长过程的第一阶段是化学演化——从更原始的前体中出现复杂的有机分子。人们相信,这一关键转变导致了“原始汤”的形成——一种饱和的物质溶液,其中 RNA 和原始细胞出现并进化——已经非常成熟的生命细菌。

然而,这究竟是如何发生的,很大程度上仍不清楚。今天,生物体能够从简单的无机起始材料合成氨基酸(蛋白质的成分)和核苷酸(DNA 和 RNA 链中的链接)。但为此,它们具有催化必要反应的酶。当然,在早期地球的海洋中,没有酶,这意味着出现了一个问题,即整组氨基酸和核苷酸究竟是如何出现在其中的。

几个月前,Ramanarayanan Krishnamurthy 和他的同事表明,普通氰化物可以作为有机物质转化的催化剂。氰化物是一种碳和氮的简单化合物,经常在太空中发现并被引入早期地球。因此,科学家们继续研究它在生命“基石”出现中的可能作用。他们的工作结果发表在《自然化学》杂志上的一篇文章中。

这一次,化学家们转向了氨基酸的合成。今天,活细胞可以用更简单的酮酸制造它们,为此使用特殊的酶。有证据表明,早期地球上可能存在酮酸。因此,科学家们决定检查氰化物是否能够在没有蛋白质参与的情况下,在无生命的自然界中帮助它们转化为氨基酸。

事实上,实验表明氰化物在氮源(氨)和少量二氧化碳的存在下会导致酮酸形成多种氨基酸。这种反应类似于活细胞中发生的情况,只是它们发生在无生命的环境中,没有酶的参与。它们在室温和较宽的 pH 范围内进行。此外,在副产物中还有乳清酸,一种作为合成核苷酸的前体之一的物质。

因此,化学家已经证明,在早期地球上存在的简单化合物中,反应可以在没有任何生物体参与的情况下发生,从而导致氨基酸和核苷酸的出现,它们是更复杂的生物分子最重要的“组成部分”。现在,科学家们将确切地找出它们是如何聚合、形成蛋白质和核酸的,而这正是现实生活的开始。

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投稿时间:2022-08-04  最后更新:2022-08-04

标签:氰化物   核苷酸   生物体   化学家   氨基酸   蛋白质   细胞   原始   物质   分子   关键   生命   简单

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