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科普1:手性与生命

2018-11-12

 众所周知,手性是化学物质的基本属性,手性构成了基本的有机化学结构,同时有机化学的结构构成了生命的初始物质,类似氨基酸,糖类。正是有这些物质构成了生命,我们的生命结构也继承了手性这种不对称因素,成为了生命的一种本质属性。

 

什么是手性?伸出双手看看,你就会明白了。人的左手和右手,几乎完全相同,但左右相反,永远不可能重合在一起。可以说人的两只手互为镜像。想象一下面对镜子的情景,你与镜子中的自己就互为镜像。

 

分子世界中也存在这种现象。一些物质以两种不同形式存在,两种形式的分子由完全相同的种类和数目的原子形成,但分子结构不完全相同,而是互为镜像。物质的这种性质叫手性,分别称为左手性和右手性。同一物质的左手和右手形式,化学性质也可能不同。比如阿斯巴甜(一种比蔗糖甜但低热的甜味剂)的右手性质就是苦的。左手性的薄荷醇有好闻的香味,右手性的却没有。

 

我们都知道,生命体的许多功能是靠蛋白质完成的,蛋白质则是由氨基酸构成。构成生命体的20种氨基酸中,除一种没有手性,其余19种都有左手和右手两种性质。在非生物反应中产生的左手性和右手性的氨基酸是等量的,但在生命体中,氨基酸几乎全是左手性的。

 

而另一方面,生命体中的糖,却都是右手性的,包括组成DNA的脱氧核糖。由于右手性糖的单一性,使DNA双螺旋只朝单一方向旋转,称为右旋。生命体中的DNA无一例外都是右旋的,不过一些插图、雕塑却往往弄出左旋DNA的错误。左旋DNA只可能在实验室里合成,却不可能存在于生命体中。

 

可以说,生命有左右的偏爱。正是如此,我们无法吸收右手性的氨基酸和左手性的糖。假如一个人发生了左右反转,就无法吸收营养,面临饿死的危险。不过在现实中这是不可能发生的,这种偏爱倒是可以给我们带来好处。比如我们可以享受阿斯巴甜的甜味,却不用担心发胖。

 

为什么生命会有这种左右偏爱?关于生命的起源有一种“宇宙胚种说”,认为生命的种子源于太空。科学家们已经在陨石中发现了生命体20种氨基酸中的8种。这些陨石中,最著名的是1966年发现的“默奇”陨石,它所含的氨基酸以左手性占多数,与地球生命现象类似。也许数十亿年前,这些携带左手性氨基酸的陨石落在地球,催生了地球生命,这种左右倾向在接下来的化学反应中传递下去,使生命有了左右性分子的偏好。

 

 

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