地球上生命偏爱左旋手性分子成因探究

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1、地球上生命偏爱左旋手性分子成因探究摘要自然界中的物质是由各种各样的分子组成的，手性分子又是自然界的普遍特征。然而，在我们地球上没有找到右旋氨基酸的生命，地球上生命为什么偏爱左旋手性分子呢？这是世界生命科学领域的一个迷团。从2000年至今,我通过多次反复对手性分子在化学合成过程中产生的随机性以及手性分子在活体细菌代谢过程中具有选择性的对比实验，发现我们地球上活体生物偏爱左旋氨基酸手性分子，是由于地球上诞生的第一个生命细胞决定的，也就是说「如今地球上生物界的糖为D■构型，氨基酸为L■构型，蛋白质和DNA的螺旋构象为右旋等组成生命的游戏规则”是由三十

2、八亿年前地球上诞生的第一个生命细胞制定的。现在地球上五彩缤纷的生物世界是由地球上诞生的第一个细胞经过长达数十亿年的生命演化历程的杰作，也就是说，目前地球上所有的生物都是那个细胞的后代。关键词手性分子；右旋氨基酸；D■构型；L■构型；螺旋构象中图分类号TN914文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)102-0200-021生命是对称性自发破缺的反物理现象对称性是基本的物理规律。然而，现实世界中对称性常常是破缺的：包括时间、空间、不同种类的力相互作用，不同种类的粒子相互作用，生物分子手性特征，以及整个复杂纷纭的生命世界都是对称性自发破

3、缺的产物，也就是说生命现象归根结底就是对称性自发破缺的一种反物理现象。2四价碳元素形成错综复杂的手性分子碳原子在形成有机分子的时候，一个碳原子可以与四个原子或基团，通过四根共价键形成三维的空间结构。由于相连的原子或基团不同，它会形成两种分子结构。这两种分子虽然从原子组成上来看是一模一样，但它们的空间结构是完全不同，这两种分子不管怎样旋转都不会重合，它们构成了实物和镜像的关系，人和照镜子中的人一样，也就像左手和右手那样的关系，称这两种分子具有手性，所以又叫手性分子。手性分子，是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。这两种分子拥有完全一样的物

4、理、化学性质。但从组成分子的三维空间结构形状上来看，它们依然是两种分子。这种情形就像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应。因此，这两种分子互为同分异构体，这种异构的形式成为手性异构，有R型和S型两类。对手性的研究手性及手性物质只有两类：左手性和右手性。有时为了对比，另外加上一种无手性也称“中性手性”。左手性用learus或者L表示，右手性用dexter或者D表示，中性手性用M表示。除了利用偏光照射所产生的角度偏差正负值相反外，对映异构体在化学特性、物理特性上大致相同。一个化合物的分子与其镜像不能互相叠合，则必然存在一个与镜像相应的化合物，

5、这两个化合物之间的关系，相当于左手和右手的关系，即互相对映。这种互相对应的两个化合物成为对映异构体(enantiomers)o这类化合物分子成为手性分子(chiralmolecule)o不具有对称面和对称中心的分子有一个重要的特点，就是实体和镜象不能重叠，镜面不对称性是识别手性分子与非手性分子的基本标志。生物分子几乎都是有手性，即分子形式为右撇子和左撇子,也就是左旋分子或右旋分子。在法国生物学家巴斯德发现酒石酸晶体的镜像后就更激起了科学家的兴趣。然而，手性分子是如何形成的却一直让人迷惑不解。过去，生物化学领域趋向于认为，单一手性形式的分子合成通

6、常从一开始就要利用手性本体，也就是说生物分子自身在催化着手性形式的形成。而且在一些化学反应中手性产物的形成进一步扩大To2006年6月16日出版的英国《自然》刊发文章称，最近，美国研究人员发现，物质的固体相一液体相平衡可能参与了生物分子手性的形成。比如，氨基酸固相一液相的平衡，可以由刚开始时的小小的不平衡导致严重偏向一种手性形式，即左旋或者右旋。而这种现象出现在水溶液中，因而也可以解释生命起源以前的左手性和右手性，即为什么原先左、右手性分子数量相等的分子为何会转变成生物分子偏爱—种手性。而为什么生物世界中具有活性作用的分子常常是左旋？如左旋糖昔

7、。3地球生命的产生和演变过程中偏爱左旋手性分子生物体内一些分子单一手性的不对称性，正是生命力的体现。维持这种不平衡状态的是生物体内的酶，生物一旦死亡,酶便失去活力，造成左右不平衡的生物化学反应也就停止了。由此可见，生命与分子的不对称性息息相关。正如Hoffmann在其所著的TheSameandNottheSame—书中提到的：生命活动依赖于分子的手性，构成生命体系生物大分子的基本单元如碳水化合物、氨基酸等大部分物质都是手性分子。许多生理现象的产生都源于分子手性的精确识别与严格匹配，手性的生物受体与客体的两个对应异构体以不同的方式相互作用。生命往

8、往只偏爱对一种手性分子，如地球上的生命偏爱糖为D-构型，氨基酸为L-构型，蛋白质和DNA的螺旋构象又都是右旋的。所以，当手性药物、农药等化合物作用于这