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氨基酸是生命的关键组成部分之一

2023-04-06 18:13:54 生活
导读 我们的太阳系由分子云形成,该分子云由气体和尘埃组成,这些气体和尘埃被排放到星际介质(ISM)中,这是恒星之间的广阔空间。在分子云坍缩时...

我们的太阳系由分子云形成,该分子云由气体和尘埃组成,这些气体和尘埃被排放到星际介质(ISM)中,这是恒星之间的广阔空间。在分子云坍缩时,形成了早期的太阳,有一个巨大的气体和尘埃盘围绕它运行。尘土飞扬的物质碰撞产生岩石物质,这些岩石物质最终会变大,成为称为微行星的大天体。

离太阳足够远的微行星也含有大量的冰。冰由水和其他挥发性化合物组成,如一氧化碳(CO),二氧化碳(CO2)、甲醇(CH3OH)和氨(NH3),以及许多其他有机化合物,可能包括一些氨基酸。最终,由于放射性物质的存在使尸体变暖,冰融化了。

这段液态水(称为水蚀变)使许多反应得以发生,包括Strecker合成和类似Formose的反应,结果是产生新的有机物质,包括氨基酸。同样的过程也将岩石材料从原来的矿物转变为新的次生矿物,如层状硅酸盐、碳酸盐、铁氧化物和硫化铁。

几百万年后,随着放射性物质的耗尽,微行星开始冻结。后来灾难性的碰撞和与太阳系行星的相互作用使大型天体破碎,并将其小行星和彗星碎片送近地球。此后,进一步的撞击事件将这些小行星和彗星的碎片运送到地球表面,在其历史过程中为地球提供了大量的有机物质,包括氨基酸。

氨基酸存在于地球上的所有生物体内,是蛋白质的组成部分。蛋白质对于生物体内的许多过程至关重要,包括催化反应(酶),复制遗传物质(核糖体),运输分子(运输蛋白质)以及为细胞和生物体提供结构(例如胶原蛋白)。因此,在地球上生命开始的地区内需要大量的氨基酸。

以前的工作已经确定了早期地球和可以形成氨基酸的外星环境中的许多可能设置。有趣的是,大多数氨基酸至少有两种形式,其结构代表彼此的镜像,类似于人类的手。因此,这些通常被称为右旋或左旋光学异构体。地球上生命的一个有趣特征是,它的蛋白质中使用了一种特殊类型的氨基酸,即左旋光学异构体。

目前,已知只有某一类陨石(碳质球粒陨石)含有过量的左旋光学异构体,这导致生命使用的氨基酸可能起源于这些陨石。尽管如此,陨石中的氨基酸可能在它们加入陨石之前或陨石已经形成之后形成。

在现在发表在Nature Communications上的一项研究中,一组科学家分析了小行星Ryugu的几个碎片,并计算了其中氨基酸的丰度。颗粒中矿物相的丰度先前已在另一份出版物中报道,该出版物允许在氨基酸和矿物质的丰度之间进行比较。研究发现,一个粒子(A0022)含有高丰度的氨基酸,这在外星物质中并不常见,称为二甲基甘氨酸(DMG),而另一个粒子(C0008)的氨基酸含量不超过检测限。

同时,A0022中氨基酸甘氨酸的丰度低于C0008,而β-丙氨酸的丰度则呈现相反的趋势。因此,A0022的β-丙氨酸与甘氨酸的比值高于C0008。先前显示,该比率表明了微行星上水蚀变的程度。因此,假设与C0022相比,与A0008中更高水平的水变化相关的一些反应可以解释该颗粒中DMG的高丰度。

因此,检查了矿物相,以查看是否有任何其他证据证明什么反应可能导致Ryugu颗粒之间的不同氨基酸丰度。研究发现,A0022中碳酸盐、磁铁矿和硫化铁等次生矿物(水蚀变后形成的)丰度高于C0008。

特别是,高丰度的碳酸盐指向更多的CO或CO2在微行星区域内,与C0022相比,A0008发生了变化。结合β-丙氨酸与甘氨酸比例更强烈的水变化的证据,这表明A0022的前体中通常可能存在比C0008更多的冰。

商业生产DMG(一种对人类来说很重要的营养素)的一种方法是通过Eschweiler-Clarke反应。该反应需要甘氨酸与水中的甲酸和甲醛相互作用,还产生CO2.甘氨酸,甲醛和甲酸都存在于彗星中,因此预计它们将存在于小行星的微行星前体中。

因此,如果Eschweiler-Clarke反应发生在A0022前体的水变化过程中,那么它可以解释与C0008相比,该颗粒中DMG含量高,甘氨酸丰度较低。此外,《公司条例》2生产可能进一步有助于A0022中碳酸盐的形成。

总体而言,研究结果表明,微行星水变化期间存在的条件的微小差异会对氨基酸的最终丰度产生重大影响。一些氨基酸可以被破坏,而另一些氨基酸可以被产生,这反过来又会影响地球上生命起源的氨基酸的可用性。

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