生命的核心存在著一種偏向，它的起源一直是個謎。今天幾乎所有構成蛋白質的氨基酸都以鏡像的形式存在，就像右手手套和左手手套。盡管這兩種形式在地球早期應該是同樣豐富的，并且可以很容易地在實驗室中聯系起來，但是生命只使用左旋。在原始湯里，一定有什么打破了平衡，使天平偏向了左旋，并從此保持了這種偏見。
現在，3位美國研究人員提出了一種新穎的解釋。2月28日，他們在《自然》上報告說，通過監測被稱為二肽的氨基酸對的形成速率，他們發現了多種機制，最終促進具有相同手性的二肽的形成。
“這很有說服力。”未參與這項研究的生命起源研究的先驅、美國索爾克生物研究所所長Gerald Joyce說。
研究人員接下來希望了解同樣的機制是否會使較大的肽和蛋白質偏向左旋，以及它是否可以解釋RNA和DNA中的相反偏向——它們的堿基中的糖是右旋的。如果是這樣，新機制可以解釋生命本身是如何呈現一種鏡像形式而不是另一種。
近幾十年來，人們對生命的手性提出了幾種解釋，因為人們知道生命傾向于某種特定的手性。例如，可能是早期地球種子的隕石，已經被證明含有豐富的左旋手性氨基酸，這可能是因為它們的內容物暴露在偏振光下，或者早期地球磁場可能對早期生物分子產生了影響。但是，即使某種外力帶來了最初的偏向，是什么延續了它？
在早期地球的原始湯中，有偏向的化學反應可能導致氨基酸對完全是左旋的（右圖），盡管一些混合左旋的（左圖）最初生成得更快。圖片來源：N. BURGESS/SCIENCE
一條線索來自英國倫敦大學學院生命起源化學家Matthew Powner及其同事最近的研究。在過去的5年里，Powner團隊發現了一組可能存在于早期地球上的硫基分子，并展示了它們如何輕易地將單個氨基酸與被稱為氨基腈的氨基酸前體連接起來，形成二肽。由于這些反應在水中發生，并與生物體中發現的所有氨基酸協同作用，因此為第一批蛋白質可能是如何形成的提供了一條合理途徑。
Powner團隊沒有檢查其硫基催化劑是否具有手性偏向。美國斯克利普斯研究所化學家Donna Blackmond及其同事進行接續研究。他們測試了Powner的研究中的兩種含硫化合物，以觀察催化劑在形成二肽時是否對手性敏感。
但是結果不是Blackmond所期望的那樣。這些催化劑產生的“雜手性”二肽——將左旋氨基酸（L）與右旋氨基酸（D）配對的二肽——大約是完全手性產物的4倍。“我們認為這是個壞消息。”Blackmond說，因為它表明，即使早期地球上的氨基酸一開始有偏向，它也會在蛋白質形成時被打亂。
但隨著研究的深入，壞消息變成了好消息。在一系列的實驗中，斯克利普斯研究所的研究人員發現，L、D和D、L異手性二肽形成得最快，同時他們從混合物中提取出了等量的L和D。由于基線偏差，最終在未反應的氨基酸庫中保留了占優勢的L，從而增加了形成完全左旋二肽的可能性。
“這就像多米諾骨牌效應。”Powner說，第一個異手性反應最終促使更多的同手性反應形成，“這是一個適用于所有氨基酸的普遍過程”。
研究人員發現，異手性二肽比同手性二肽更快地從溶液中沉淀出來，并根據起始混合物的不同，加速了同手性L、L或D、D對的相對豐度。Blackmond說，這種沉淀偏差發生的原因尚不清楚。然而，Joyce說，連同其他效應，“它完美地符合實驗數據”。
目前，這種對特定手性的推動只在二肽中表現出來。但Blackmond表示，初步工作表明，當硫基催化劑將短肽拼接成更長的肽鏈時，同樣的偏向過程也會發生。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07059-y
本文鏈接：為何所有蛋白質都是“左旋”？http://m.sq15.cn/show-11-3371-0.html
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