(A)最初提出的反應(yīng)方案，包括Breslow的學(xué)反自催化循環(huán)(黑色)與RNA和TNA核苷酸合成的偶聯(lián)，通過(guò)2-氨基噁唑(2-NH2Ox)進(jìn)行，應(yīng)創(chuàng)先前由Sutherland及其同事證明(灰色虛線)。球上(B)在普通堿催化條件下由乙醇醛和氨基氰合成2-NH2Ox的生命石機(jī)理。學(xué)分:uux.cn/化學(xué)科學(xué)(2023)。種化造地DOI: 10.1039/D3SC03185C
（神秘的學(xué)反地球uux.cn）據(jù)對(duì)話（郭芳川）：生命是如何開(kāi)始的？早期地球上的化學(xué)反應(yīng)是如何創(chuàng)造出復(fù)雜的、自我復(fù)制的應(yīng)創(chuàng)結(jié)構(gòu)，并發(fā)展成我們所知的球上生物的？
根據(jù)一個(gè)學(xué)派的觀點(diǎn)，在當(dāng)前基于DNA的生命石生命時(shí)代之前，有一種叫做RNA(或核糖核酸)的種化造地分子。
RNA——今天仍然是學(xué)反生命的重要組成部分——可以自我復(fù)制并催化其他化學(xué)反應(yīng)。
但是應(yīng)創(chuàng)RNA分子本身是由叫做核糖核苷酸的更小的成分組成的。這些積木是球上如何在早期地球上形成，然后結(jié)合成RNA的生命石？
像我這樣的化學(xué)家正試圖重現(xiàn)生命之初形成RNA所需的反應(yīng)鏈，但這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。我們知道，無(wú)論是什么化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了核糖核苷酸，它一定能夠在幾十億年前我們星球上發(fā)現(xiàn)的混亂、復(fù)雜的環(huán)境中發(fā)生。
我一直在研究“自動(dòng)催化”反應(yīng)是否起了作用。這些反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，促使同樣的反應(yīng)再次發(fā)生，這意味著它們可以在廣泛的環(huán)境中維持自身。
在我們發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》(Chemical Science)上的最新研究中，我和我的同事們將自動(dòng)催化整合到了一個(gè)眾所周知的生產(chǎn)核糖核苷酸構(gòu)件的化學(xué)路徑中，這很可能發(fā)生在早期地球上發(fā)現(xiàn)的簡(jiǎn)單分子和復(fù)雜條件中。
甲醛反應(yīng)
自催化反應(yīng)在生物學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，從調(diào)節(jié)我們的心跳到在貝殼上形成圖案。事實(shí)上，生命本身的復(fù)制，即一個(gè)細(xì)胞從環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)和能量產(chǎn)生兩個(gè)細(xì)胞，是一個(gè)特別復(fù)雜的自催化例子。
1861年首次發(fā)現(xiàn)的一種叫做甲醛反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，是早期地球上可能發(fā)生的自催化反應(yīng)的最好例子之一。
本質(zhì)上，甲酰反應(yīng)始于一個(gè)簡(jiǎn)單化合物的一個(gè)分子，稱為乙醇醛(由氫、碳和氧組成)，結(jié)束于兩個(gè)分子。這個(gè)機(jī)制依賴于另一種叫做甲醛的簡(jiǎn)單化合物的持續(xù)供應(yīng)。
乙醇醛和甲醛之間的反應(yīng)產(chǎn)生了一個(gè)更大的分子，分裂出的碎片反饋到反應(yīng)中并使其繼續(xù)進(jìn)行。然而，一旦甲醛耗盡，反應(yīng)停止，產(chǎn)物開(kāi)始從復(fù)雜的糖分子降解成焦油。
甲酰反應(yīng)與眾所周知的制造核糖核苷酸的化學(xué)途徑(稱為pow ner-Sutherland途徑)有一些共同的成分。然而，直到現(xiàn)在還沒(méi)有人試圖將這兩者聯(lián)系起來(lái)——理由很充分。
formose反應(yīng)因其“非選擇性”而臭名昭著這意味著除了你想要的實(shí)際產(chǎn)品之外，它還產(chǎn)生了許多無(wú)用的分子。
核糖核苷酸合成途徑中的自動(dòng)催化扭曲
在我們的研究中，我們嘗試在甲酰反應(yīng)中加入另一種簡(jiǎn)單的分子，叫做氨基氰。這使得反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的一些分子有可能被“抽走”而產(chǎn)生核糖核苷酸。
該反應(yīng)仍然不會(huì)產(chǎn)生大量的核糖核苷酸構(gòu)件。然而，它產(chǎn)生的蛋白質(zhì)更穩(wěn)定，更不容易降解。
我們研究的有趣之處在于果糖反應(yīng)和核糖核苷酸生產(chǎn)的整合。以前的研究分別研究了每一種，這反映了化學(xué)家通常是如何考慮制造分子的。
一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)家傾向于避免復(fù)雜性，以便最大限度地提高產(chǎn)品的數(shù)量和純度。然而，這種簡(jiǎn)化方法會(huì)阻止我們研究不同化學(xué)途徑之間的動(dòng)態(tài)相互作用。
這些相互作用在實(shí)驗(yàn)室之外的真實(shí)世界中無(wú)處不在，可以說(shuō)是化學(xué)和生物學(xué)之間的橋梁。
工業(yè)應(yīng)用
自動(dòng)催化也有工業(yè)應(yīng)用。當(dāng)你將氨基氰加入到甲酰反應(yīng)中時(shí)，另一種產(chǎn)物是一種叫做2-氨基惡唑的化合物，這種化合物用于化學(xué)研究和許多藥物的生產(chǎn)。
常規(guī)的2-氨基噁唑生產(chǎn)通常使用氨基氰和乙醇醛，后者價(jià)格昂貴。如果它可以用甲醛反應(yīng)來(lái)制造，只需要少量的乙醇醛就可以啟動(dòng)反應(yīng)，從而降低成本。
我們的實(shí)驗(yàn)室目前正在優(yōu)化這一程序，希望我們可以操縱自動(dòng)催化反應(yīng)，使常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)更便宜、更有效，并且更容易獲得它們的藥物產(chǎn)品。也許這不會(huì)像創(chuàng)造生命本身一樣重要，但我們認(rèn)為這仍然是值得的。

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