生命為什么需要那么多氨基酸？ 看完長知識(shí)了！
時(shí)間：2018-02-12 11:00 來源：蝌蚪五線譜 責(zé)任編輯：沫朵
原標(biāo)題：生命為什么需要那么多氨基酸？ 看完長知識(shí)了！
生物化學(xué)中最古老，也是最基本的問題之一就是，既然已經(jīng)有13個(gè)氨基酸是生命核心部分，那為什么生命所需的二十個(gè)氨基酸都是必需的呢？不過，我們或許可以從量子化學(xué)的角度找到答案。根據(jù)一項(xiàng)新的研究，另外七種氨基酸盡管在空間結(jié)構(gòu)上并沒有什么特殊的地方，但是其實(shí)它們參與的體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)對(duì)生命也是至關(guān)重要的。
量子化學(xué)指的是利用量子力學(xué)的原理來解決相關(guān)問題，在量子力學(xué)中，我們根據(jù)概率和波狀特性來描述粒子，研究原子在化學(xué)反應(yīng)中的行為也可以應(yīng)用這種方法。
這項(xiàng)新研究背后的國際研究團(tuán)隊(duì)使用了量子化學(xué)技術(shù)來比較在太空中或者存留在隕石碎片中的氨基酸和支持地球上生命的氨基酸。
來自德國美因茨約翰內(nèi)斯古騰堡大學(xué)（Johannes Gutenberg University）的研究人員Bernd Moosmann表示:“今天我們?cè)谔罩械难芯繉?shí)現(xiàn)了從呆板的化學(xué)到生物化學(xué)的轉(zhuǎn)變，這多虧了這額外的7種氨基酸，從而提高了以氨基酸為基礎(chǔ)的大生物分子的反應(yīng)能力。”
由遺傳物質(zhì)DNA發(fā)出命令，氨基酸按照不同順序組成蛋白質(zhì)，而這些氨基酸都是在地球剛出現(xiàn)的時(shí)候，也就是大約在454億年前形成的，所以它們是生命最早的組成部分之一。
然而，在進(jìn)化過程中，為什么最終我們需要20個(gè)氨基酸來處理這種遺傳編碼卻無人知曉，因?yàn)樽畛醢l(fā)現(xiàn)的13個(gè)氨基酸應(yīng)該已經(jīng)足夠完成這項(xiàng)任務(wù)了。
研究人員發(fā)現(xiàn)的另外7種氨基酸的“柔韌度”越大，這意味著它們?cè)诨瘜W(xué)變化方面更靈活，更容易與其他物質(zhì)發(fā)生相互作用。
如果把氨基酸表示成圓，那么它們可以被畫成多個(gè)同心圓，分別代表不同的能級(jí)，而不是同一化學(xué)硬度和能級(jí)的單一圓，如下圖所示。
通過量子化學(xué)計(jì)算確定了這個(gè)假設(shè)，研究人員們可以通過一系列的生化實(shí)驗(yàn)來支持他們的想法。
在這一過程中，研究小組確定了另外7種氨基酸，特別是蛋氨酸、色氨酸和硒化半胱氨酸，可能是對(duì)早期地球上生物圈中氧氣含量增加的一種反應(yīng)。
我們無法追溯太過久遠(yuǎn)的事情，因?yàn)閺膩頉]有留下殘存著第一個(gè)有機(jī)化合物的化石供我們分析，但這又可能是揭開地球生命形成過程的重要部分。
最早期的活細(xì)胞試圖處理額外的氧化應(yīng)激就是一個(gè)適者生存的例子。那些最終存活下來的細(xì)胞一般都是通過保護(hù)這7種新的氨基酸以最好地處理額外的氧氣。
Moosmann 表示：“鑒于此，我們可以將氧氣描述為基因編碼中的最后觸碰。”
這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
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