生命手性起源问题

1、生命手性起源问题地球上的藤蔓植物的缠绕生长绝大部分是右手螺旋？海滩上捡到的海螺绝大部分是右手螺旋形状？生命向我们展示的乃是宇宙不对称的功能。宇宙是不对称的，生 命受不对称作用支配。ouis Pasteur 1859在人类的哲学体系中，对称和守恒是最美的，因此无论在生命还 是非生命体系中，左右对映体都应该是相等的才对，可事实并非如此， 在已知的生物体中，蛋白质的合成都无一例外地选了了 L-氨基酸；类 似地，核酸的合成都无一例外地选择了 D-核糖。这种现象叫做生命 分子的对称性破缺。为什么会存在这种破缺呢？是生命物质产生之初即存在对称性 破缺吗？1953年的米勒实验给出了否定的答案。他把还原性大气

2、的主要 成分氢、甲烷、水、氨四种气体，密封在一个石英管中，通过真空放 电，发现在管内生成了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸，模拟了 由无机小分子生成氨基酸的自然过程。但这几种氨基酸产物都是外消 旋的。而且在这之后，所有试图由非手性无机化合物合成手性生命物 质的实验也都以失败告终。氨基酸和核酸这两种构成生命最基本的物质同时存在着近乎完全的 对称性破缺，这种现象使我们不禁要想到两者之间的联系，事实上在 对人体20种基本氨基酸中的异缬氨酸的研究发现，L型异缬氨酸与 两种原始地球上可能广泛存在的两种有机物（乙醇醛和甲醛）发生反 应后，可以产生一种称为苏糖的糖类，其构型全部为右手型，也就是 说，结构倾向

3、性由氨基酸传递给了糖，更多的左手型氨基酸促使形成 了更多的右手型的糖。苏糖是生物体内常见的一种糖，皮扎雷洛认为， 生命体糖类的“右倾特性，有可能就是这样开始的。苏糖可以进一步 反应生成称为苏糖核酸（TNA）的物质。TNA与DNA有些相似，也 能形成双螺旋结构，但比DNA简单。此前曾有科学家提出，生命有 可能最初使用TNA为遗传物质，后来进化到使用DNA。由此可以清 晰地看到右手性从苏糖到TNA再到DNA的整个过程。因此可以认为， 氨基酸与核糖的手性起源问题是紧密联系的，氨基酸的对称性破缺是 核糖对称性破缺的基础。如其他一些有关生命的问题一样，在手性起源上科学界中也总体 上分为两派，即生命学说和

4、非生命学说。生命学说认为“没有生命就没有手性”。它的支持者（包括巴斯 德）相信，不对称分子完全是高度不对称的生命体中有选择的酶反应 产生的，不经活体是不可能合成对称分子的。其著名代表人物Wald 认为“从消旋化合物中选择一种光学异构体，有利于高级有序结构的 形成。至于究竟是两种光学异构体中的哪种，则是适者生存的结 果。1988年，Goldanskii和Kuzmin通过分子模型证明：多聚核苷酸 完全的手性均一性是形成互补双螺旋结构的必要条件，Joice等观察 到在模拟介导的核苷酸寡聚过程中，加入手性不纯的单体强烈抑制互 补链的装配。生命学说因此大受怀疑。因为如果没有早已存在的均一 手性，生命的自我复制就不会发生。上述实验得出了结论:无论是地 球还是宇宙空间的均一手性都只能起源于生命之前，这也就很好地支 持了非生命学说。如今，关于生命手性起源有多种理论，如泥土表面理论、统计起 源论、地磁场理论、立体选择结晶理论等。附：关于老师最后一节课提到的转基因技术好坏问题，课题组也恰好在这方面 有所涉及，除了转基因会造成基因污染外，以抗除草剂转基因大豆为例，其植入 了抗草甘膦基因，使大豆表现出抗草性，也就是说，草甘膦