手性知识

科学家解析地球上生命分子的手性起源

日期:2016/7/20 14:50:53 人气:1644
地球上的生命都偏向于使用往同一方向旋转的大分子,而不是另外一个方向(手性分子),这很可能是由于恒星光芒对形成行星的星云照射的原因。如果这个观点正确,那么这就表明地球上的生命分子可能最初来源于宇宙中的某个角落。

在地球上,组成生命的有机分子通常都具有手性,也就是说有两种分子互为镜像,就像左手和右手的关系,造成这种现象的原因很可能是由于在太空中照射到这些分子上的光线。可以想象一下,所有的光线都像开瓶器一样,要么往一个方向旋转,要么往另一个方向旋转,光线的这种性质叫做“圆偏振”(circular polarization)。往一个方向旋转的偏振光会破坏手性分子中的一半分子。

为了探测外太空中光线的偏振方向,天文学家利用位于南非天文台的望远镜对太空中一片四分之一满月直径大小的区域进行了观测。他们把焦点集中在了天蝎座方向,距离地球5500光年的猫掌星云上,这片星云是银河系内形成恒星最活跃的区域之一。科学家发现,该星云发出的光线中大约有22%是圆偏振。这是在恒星形成区域发现的比例的圆偏振光现象,这或许表明在恒星和行星的形成区域,圆偏振光是普遍存在的特征。

天文学家利用计算机的模拟表明,这样大比例的圆偏振光的存在是由于围绕在恒星周围的尘埃颗粒。星云中的磁场对尘埃颗粒进行约束和排列,恒星的光线在排列规则的尘埃颗粒上发生散射,就能够形成圆偏振光。

星云中的化学反应可以形成氨基酸分子,这些分子的手性取决于照射到它们身上的光线的偏振方向。科学家认为,地球上的左旋氨基酸很可能是由太空中的陨石带来的,造成了左旋氨基酸较右旋氨基酸的优势地位。科学家还将继续研究其它恒星和行星形成区域中的圆偏振光。该发现已经刊登在了《天体物理学通讯》杂志上。

漫话生命分子的手性

作为生命的基本结构单元,氨基酸也有手性之分。也就是说,生命最基本的东西也有左右之分。

惊人的发现---组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸,而没有右旋氨基酸

我们已经发现的氨基酸有20多个种类,除了最简单的甘氨酸以外,其它氨基酸都有另一种手性对映体!那么,是不是所有的氨基酸都是手性的呢?答案是肯定的,检验手性的方法就是,让一束偏振光通过它,使偏振光发生左旋的是左旋氨基酸,反之则是右旋氨基酸。通过这种方法的检验,人们发现了一个令人震惊的事实,那就是除了少数动物或昆虫的特定器官内含有少量的右旋氨基酸之外,组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸,而没有右旋氨基酸!

右旋分子是人体生命的克星

因为人是由左旋氨基酸组成的生命体,它不能很好地代谢右旋分子,所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担,甚至造成对生命体的损害。

在手性药物未被人们认识以前,欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药,很多孕妇服用后,生出了无头或缺腿的先天畸形儿,有的胎儿没有胳膊,手长在肩膀上,模样非常恐怖。仅仅4年时间,世界范围内诞生了1.2万多名畸形的“海豹婴儿”。这就是被称为“反应停”的惨剧。后来经过研究发现,反应停的R体有镇静作用,但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。

正是有了60年代的这个教训,所以现在的药物在研制成功后,都要经过严格的生物活性和毒性试验,以避免其中所含的另一种手性分子对人体的危害。

在化学合成中,这两种分子出现的比例是相等的,所以对于医药公司来说,他们每生产一公斤药物,还要费尽周折,把另一半分离出来。如果无法为它们找到使用价值的话,它们就只能是废物。在环境保护法规日益严厉的时代,这些废品也不能被随意处置,考虑到可能对公众健康产生的危害,这些工业垃圾的处理也是一笔不小的开支。

因此,医药公司急切地寻找一种方法来解决这个问题,比如,他想要左旋分子,那么他就得想办法把另一半右旋分子转化成左旋分子。这个令人头痛的问题已经得到了解决。科学家用一种叫做“不对称催化合成”的方法解决了这一问题。这个方法可以广泛地应用于制药、香精和甜味剂等化学行业,给工业生产一下子带来了巨大的好处,这项研究也获得了2001年度的诺贝尔化学奖。毫无疑问,这个成果具有重要意义。

对手性的研究

看来,手性真是一种奇妙的东西!手性的氨基酸甚至决定着我们这个世界存在的方式!对手性的研究,在造就工业奇迹的同时,也启发了我们对地球生命,甚至宇宙起源的重新认识。

我们知道,在自然界的各个方面,尤其是物理和化学中,都广泛地存在着许多对称的概念:带负电的电子与带正电的反电子,磁场的南极和北极,以及化学中的分解和合成反应。就连遥远的河外星系也存在着正旋和逆旋的旋涡结构。科学家们不禁感到疑惑:这是否在提示我们在宇宙中存在着一种奇特的普适性的对称规律?

地球上没有右旋氨基酸生命,但是,按照手性的原则,它们确实是可能存在的,甚至,有智慧的右旋氨基酸生命也是存在的。

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