智能過渡金屬納米簇催化劑的研究

過渡金屬催化劑或是生命起源的關(guān)鍵

要解釋生命如何在地球上出現(xiàn)這個懸而未決的大問題，就像是回答先有雞還是先有蛋的悖論:諸如氨基酸和核苷酸這樣的基本生化物質(zhì)，是如何在生物催化劑(蛋白質(zhì)或核酶)出現(xiàn)之前而完成其構(gòu)造的?在最新一期《生物學(xué)通報》上，科學(xué)家發(fā)表論文指出，或是第三種類型的催化劑啟動了深海熱泉中的新陳代謝以及生命。

根據(jù)美國喬治梅森大學(xué)的哈羅德·莫洛維茲和維加亞薩拉斯·斯里尼瓦桑及圣達(dá)菲研究所的埃里克·史密斯提出的模型，包含過渡金屬元素(鐵、銅、鎳等)和配體(小有機(jī)分子)的分子結(jié)構(gòu)，可以催化基本生化物質(zhì)(單體)的合成。單體是更加復(fù)雜的分子的基本構(gòu)造模塊，最終導(dǎo)致了生命的起源。

莫洛維茲表示，在過去的50年里，生命起源理論研究中一直存在著一個大問題，那就是"你需要大蛋白分子作為催化劑來形成單體，但你又需要單體來制作催化劑"。對此問題，莫洛維茲提出的解釋是，可從這些小的金屬配體催化劑入手，從而制造出用以形成大蛋白催化劑的單體。

過渡金屬原子作為金屬配體復(fù)合物的核心，必定被其他配體包圍著。莫洛維茲和他的同事提出，深海熱泉中簡單的過渡金屬配體復(fù)合物可催化產(chǎn)生更復(fù)雜分子的反應(yīng)。之后，這些日益復(fù)雜的分子在效率越來越高的過渡金屬配體復(fù)合物催化劑中扮演著配體的角色。漸漸地就累積起了新陳代謝的基本分子成分，并自我組織起奠定生命基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

莫洛維茲說:"我們曾經(jīng)認(rèn)為，如果我們了解了碳、氫、氮、氧、磷、硫在做什么，我們就理解了生物學(xué)。但是，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，還有一些其他罕見的元素--過渡金屬在生物學(xué)中也是必需的，因此，我們必須要問，它們在生命起源中又發(fā)揮了怎樣的作用?"莫洛維茲目前正在列出構(gòu)成了地球上大部分生物質(zhì)的元素清單。

研究人員指出，生命形式的出現(xiàn)是過渡金屬和配體場論獨(dú)特性的自然結(jié)果，該理論描述了配體復(fù)合物的特性。莫洛維茲說:"這種思想發(fā)端于對元素周期表的研究。我們強(qiáng)烈地感到，除非你能看到生命是如何以某種化學(xué)方式出現(xiàn)的，否則你永遠(yuǎn)無法真正地解決這個問題。"

莫洛維茲和他的同事們正準(zhǔn)備用實驗方法來測試以不同配體制成的過渡金屬配體復(fù)合物的催化性能。配體已知會和過渡金屬緊密結(jié)合，包括在三羧酸循環(huán)過程(許多微生物所必需的一系列生化反應(yīng))中產(chǎn)生的分子。莫偌維茲表示，他們認(rèn)為生命始于三羧酸循環(huán)，同時有證據(jù)顯示，在深海熱泉的環(huán)境中有循環(huán)的中間物質(zhì)形成?？茖W(xué)家計劃用這些中間物質(zhì)分子與不同的過渡金屬混合，將它們加熱到不同溫度并維持相應(yīng)的一段時間，然后檢查會有何種催化劑產(chǎn)生。

這類實驗有望幫助了解在奠定生命基礎(chǔ)時，究竟發(fā)生了何種催化反應(yīng)。該假說還提出了生命的出現(xiàn)也許不止一次。研究人員表示，生命也許有多次起源，如果能在宇宙其他地方發(fā)現(xiàn)生命，這些生命和人類生命也許非常相似，因為它們與人類都是基于相同的過渡金屬和配體。這還只是個猜想，不過這或許會成為生命起源研究的核心觀點。