生命物质中的手性偏好可能会自发产生优化能量收集

2022-05-19新闻资讯

漩涡粒子物理概念

生命物质中的手性偏好可能会自发产生以优化能量收集。

当一个人在镜子前握住右手时,可以看到左手的反射图像,反之亦然。路易斯巴斯德在 1848 年观察到,有机分子与人的手相似,因为它们出现在左手和右手版本的镜像对中。我们现在知道,这种手性或手性(来自希腊语中的“手”)是有机分子的标志。

有机分子富含碳原子,碳原子形成键以形成右手或左手“纳米手”。然而,令人困惑的是,生命几乎总是选择专门使用两个镜像双胞胎中的一个——这种现象被称为同手性。例如,陆地生命以左旋氨基酸和右旋糖为基础。

尽管提出了许多解释,但纯手性如何以及为何出现仍然是一个谜。手性对称性破坏是一种左手和右手分子以 50-50 的比例混合而偏向另一方的现象,在生物化学中具有极大的研究兴趣。了解同手性的起源对于研究生命起源以及更实际的应用(例如手性药物分子的合成)非常重要。

用手的手性

“手性”分子是不能与其镜像重叠的分子。就像左右手有拇指、手指的顺序相同,但是是镜像而不是相同的,手性分子具有相同的东西以相同的顺序连接,但是是镜像而不是相同的。尽管大多数氨基酸可以左旋和右旋两种形式存在,但地球上的生命几乎完全由左旋氨基酸组成。

奥林巴斯显微镜电磁波辐射的性质

可见光是一种复杂的现象,经典解释与传播的光线和波前,基于一个简单的模型在 17 世纪末由荷兰物理学家克里斯蒂安 · 惠更斯首次提出的概念。电磁辐射的大家庭,对其中可见光波状现象属于 (也被称为辐射能量),是主车辆输送能量,通过浩瀚的宇宙。机制的可见光是发射或吸收的物质,和它可以预见的反应在不同条件下作为它穿越空间和大气中,形成的颜色在我们的宇宙中存在的基础。

一个模型为生命中单手性的出现提出了一种新的解释——这是一个关于地球上生命起源的长期谜题。

人们普遍认为,生命起源于能源丰富的栖息地——例如原始海洋深处的热液喷口。考虑到可能的原始地球情景,韩国基础科学研究所软物质和生命物质中心的 Tsvi Tlusty 教授和 William Piñeros 博士设想了一个与环境交换能量的复杂化学反应网络。当该团队使用数学模型和系统模拟来模拟容器中不同化学元素的良好搅拌溶液时,他们惊讶地发现这样的系统自然倾向于打破分子镜像对称性。

单手性自发出现在益生元化学网络中,以优化从环境中获取能量。

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以前认为手性对称性破坏需要多个自催化环,这会越来越多地产生分子的一种对映异构体,同时抑制另一种对映异构体的形成。然而,IBS 团队的研究结果表明,对称破缺的潜在机制非常普遍,因为它可以发生在具有许多随机分子的大型反应系统中,并且不需要复杂的网络架构。发现这种向纯手性的急剧转变源于反应网络的自我配置,以实现更有效地从环境中收集能量。

Piñeros 和 Tlusty 开发的模型表明,高耗散系统和大能量差异更容易导致手性对称性破坏。此外,计算表明这种转变几乎是不可避免的,因此有理由相信它们可能通常发生在随机化学反应系统中。因此,该小组展示的基于能量收集优化的模型解释了纯手性是如何从早期地球恶劣、能源丰富的环境中自发产生的。

所提出的对称破缺机制是一种通用机制,可以应用于导致复杂性增加的生物体中的其他转变。

此外,该模型提出了一种通用机制,解释了系统的复杂性如何随着它更好地适应利用变化的环境而增长。这表明手性对称性破缺是任何复杂系统(例如生命)的固有标志,它能够自我配置以适应环境。这些发现可以进一步解释更复杂的生物过程中的自发对称性破坏,例如细胞分化和新基因的出现。

这项研究将于(2022 年 4 月 26 日)发表在《自然通讯》杂志上。

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