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研究:過渡金屬催化劑或是生命起源的關鍵

http://news.sina.com   2010年09月05日 22:54   中國新聞網

  要解釋生命如何在地球上出現這個懸而未決的大問題,就像是回答先有鷄還是先有蛋的悖論:諸如胺基酸和核苷酸這樣的基本生化物質,是如何在生物催化劑(蛋白質或核酶)出現之前而完成其構造的?在最新一期《生物學通報》上,科學家發表論文指出,或是第三種類型的催化劑啟動了深海熱泉中的新陳代謝以及生命。

  根據美國喬治梅森大學的哈羅德·莫洛維茲和維加亞薩拉斯·斯裡尼瓦桑及聖達菲研究所的埃裡克·史密斯提出的模型,包含過渡金屬元素(鐵、銅、鎳等)和配體(小有機分子)的分子結構,可以催化基本生化物質(單體)的合成。單體是更加複雜的分子的基本構造模組,最終導致了生命的起源。

  莫洛維茲表示,在過去的50年裡,生命起源理論研究中一直存在着一個大問題,那就是“你需要大蛋白分子作為催化劑來形成單體,但你又需要單體來製作催化劑”。對此問題,莫洛維茲提出的解釋是,可從這些小的金屬配體催化劑入手,從而製造出用以形成大蛋白催化劑的單體。

  過渡金屬原子作為金屬配體復合物的核心,必定被其他配體包圍着。莫洛維茲和他的同事提出,深海熱泉中簡單的過渡金屬配體復合物可催化産生更複雜分子的反應。之後,這些日益複雜的分子在效率越來越高的過渡金屬配體復合物催化劑中扮演着配體的角色。漸漸地就累積起了新陳代謝的基本分子成分,並自我組織起奠定生命基礎的化學反應網絡。

  莫洛維茲說:“我們曾經認為,如果我們了解了碳、氫、氮、氧、磷、硫在做什麼,我們就理解了生物學。但是,我們現在發現,還有一些其他罕見的元素——過渡金屬在生物學中也是必需的,因此,我們必須要問,它們在生命起源中又發揮了怎樣的作用?”莫洛維茲目前正在列出構成了地球上大部分生物質的元素清單。

  研究人員指出,生命形式的出現是過渡金屬和配體場論獨特性的自然結果,該理論描述了配體復合物的特性。莫洛維茲說:“這種思想發端於對元素周期表的研究。我們強烈地感到,除非你能看到生命是如何以某種化學方式出現的,否則你永遠無法真正地解決這個問題。”

  莫洛維茲和他的同事們正准備用實驗方法來測試以不同配體製成的過渡金屬配體復合物的催化性能。配體已知會和過渡金屬緊密結合,包括在三羧酸循環過程(許多微生物所必需的一系列生化反應)中産生的分子。莫偌維茲表示,他們認為生命始於三羧酸循環,同時有證據顯示,在深海熱泉的環境中有循環的中間物質形成。科學家計劃用這些中間物質分子與不同的過渡金屬混合,將它們加熱到不同溫度並維持相應的一段時間,然後檢查會有何種催化劑産生。

  這類實驗有望幫助了解在奠定生命基礎時,究竟發生了何種催化反應。該假說還提出了生命的出現也許不止一次。研究人員表示,生命也許有多次起源,如果能在宇宙其他地方發現生命,這些生命和人類生命也許非常相似,因為它們與人類都是基於相同的過渡金屬和配體。目前,這還只是個猜想,不過這或許會成為生命起源研究的核心觀點。(記者毛黎 馮衛東)

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