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[3]包括植物与褐藻在内的真核生物通过内共生获得了光合作用的能力,植物的叶绿体实际上就是高度特化的蓝细菌,这与线粒体的情形非常类似。
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[4]作为比较,产氧光合作用唯一真正负责光解水的色素是叶绿素a,它的吸收峰是430纳米的蓝紫光和640纳米的红橙光,而GSB1深海绿硫菌的菌绿素的吸收范围在700纳米到1 000纳米,人眼已经很难看到了。
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[5]除了逆三羧酸循环和乙酰辅酶A路径,3-羟基丙酸/4—羟基丁酸循环和二羧酸/4-羟基丁酸循环的终产物也是乙酰辅酶A。另外两种固碳作用,卡尔文循环的终产物当然是葡萄糖,3-羟基丙酸双循环的终产物是丙酮酸。
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[6]如图3—6,你会注意到古菌用的辅酶叫“四氢甲烷蝶呤”,细菌用的辅酶叫“四氢叶酸”,这是两种非常类似的物质,实际上,它们用来结合甲酰基的部分,以及接下来的整个变化历程,都是完全一样的,这在图3—6中表现得很明白。
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[7]图中的是个简称,全称是“钴(I)咕啉铁硫蛋白”[Co(I) corrinoid Fe-S protein],参看下一章的“延伸阅读”。
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[8]另外值得一提的是,同样是这个团队,还在2017年发现了锌和铁可以催化大部分的逆三羧酸循环。
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[9]严格地说,是甲基获得羟基之后的产物,而水分子就可以提供这个羟基。
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生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? 第九章矿石与电流
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地质化学版本的乙酰辅酶A路径
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现在的白烟囱假说选择了乙酰辅酶A路径,但是,乙酰辅酶A路径是如何在地质化学反应中实现的呢?
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这就要留意白烟囱里的铁硫矿物微粒了,它们像极了“铁硫簇”,一种镶嵌在蛋白质内部,与细胞的多种物质能量代谢密切相关的原子团。在大量的实验中,这些铁硫化物都成功催化了有机物的产生。
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但具体是一些怎样的催化反应,这个假说的几位构建者有着不同的见解。威廉·马丁认为是铁硫矿的表面直接催化了整个反应,而尼克·莱恩却认为那涉及一种奇特的电化学反应。
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截至这本书写成的时候,他们仍未完全达成一致。
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如果乙酰辅酶A路径就是我们寻找的生命出现之前的固碳作用,是它为生命的出现奠定了物质的基础反应,那么,生命起源之初该是什么样子的呢?
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或者问得具体一点,图3—6上一步步的变化,如果离开了那些加工场似的酶,也离开了那些保鲜车似的辅酶,要怎样在无机世界里实现呢?
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·障碍·
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早在第四章的结尾,我们就概括地说过其中的尴尬:氢气与二氧化碳结合成有机物的反应本来蕴藏着巨大的熵增潜力,或者说蕴藏着巨大的能量,然而这个反应在通常条件下极难发生,这使得其中的能量无法释放出来。
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比如在标准状况下,二氧化碳如果被氢气充分还原,最后的产物就是甲烷和水:
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图3—7 让我们姑且把图3—6里的乙酰辅酶A路径简化到极致,变成这个样子。这个极简的流程不代表实际的反应,只是帮助你理解这整个过程。不过,在上一章的结尾处,的确有许多实验得到了这些物质。(作者绘)
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4H₂ + CO₂ = CH₄ + 2H₂O;ΔGo= -130.3kJ/molI
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这个方程式哪怕在初中都属于最简单的那一类,只是结束后用分号隔开了一个带单位的陌生的量,名叫ΔGo,那是这个反应的“吉布斯自由能的变化量”,简称“自由能变”[1]。在第四章的第一篇“延伸阅读”中,我们潦草地提过“吉布斯自由能”这个概念:当初薛定谔探讨生命的本质,用“负熵”表达了“有序性”这个概念,但他还有一个更准确的候选概念,就是“自由能”,只是自由能的物理意义太过复杂,才被他放弃了。那么同样,我们在这里也丝毫不用纠结它的概念,而只需知道,自由能变与熵的增减关系很大,它在事实上决定了某种反应能否自然发生。[2]
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