1700259815
1700259816
而乙酰磷酸在水解时释放的能量甚至要高于ATP。ATP水解的自由能变是-31.8kJ/mol,而乙酰磷酸的自由能变达到了-44.8 kJ/mol。乙酰磷酸具有很强的反应活性,广泛存在于从细菌到人体的各种现代生命中,是许多重要代谢的中间产物,也是许多细菌和古菌常用的能量通货。
1700259817
1700259818
那么,如果乙酰磷酸真的启动了能量代谢,事情会有什么变化呢?
1700259819
1700259820
最基本的,当然是大幅提高各种物质的反应活性。因为经过底物水平磷酸化,乙酰磷酸的磷酸基就会转移给其他有机物。得到了磷酸基的物质就会因此躁动起来,它们或者把磷酸基在身上到处摆弄,强烈改变自己的结构,或者与其他物质反应,用磷酸基交换一个别的什么基团过来,或者具备了新的化学性质,去发生原本不能发生的反应,比如在第五章里提过的有氧呼吸之前的“糖酵解”,像葡萄糖这样稳定的分子就是经历了连续的磷酸化,才终于活跃起来,发酵成了丙酮酸。
1700259821
1700259822
更令人期待的是,能量代谢不只能让化学反应活跃起来,还能让有机物“在水中脱水”。
1700259823
1700259824
小分子有机物,比如氨基酸,要变成大分子有机物,比如蛋白质,就要发生脱去水分子的缩合反应,但无论在海洋中还是在细胞中,这些物质都溶解在水中,水解还来不及,又怎么会脱水缩合呢?这就好像要在水里拧干衣服一样行不通。
1700259825
1700259826
而能量通货里就有个超强的“干燥机”。如图3—24,那个高能磷酸键的水解意愿实在太强了,强过了大多数有机物水解的意愿,它们会把小分子物质中的羟基和氢按照水的比例拿走,结果就在水溶液里实现了脱水缩合,迫使小分子滚成了大分子。
1700259827
1700259828
我们已经知道,在今天的细胞内,核糖体要用氨基酸缩合成蛋白质,需要GTP这种专用的能量通货促进缩合,那么,在原始的白烟囱里面,硫代乙酸甲酯和硫代乙酸是否也能发挥同样的功效,让刚刚出现的氨基酸也缩合起来,变成多肽,乃至原始的蛋白质呢?
1700259829
1700259830
1700259831
1700259832
1700259833
图3—24 “能量通货”从不同的物质上分别获得羟基和氢原子,因此在水解的同时促成了其他物质的缩合。(作者绘)
1700259834
1700259835
如果这样的事情真的可行,那就太美好了,蛋白质一旦出现,中心法则就不会遥远,生命也就指日可待了。
1700259836
1700259837
然而,现实却让我们失望了。2018年,尼克·莱恩的团队在实验研究IV中发现,硫代乙酸甲酯本身就过于容易水解,它们几乎不能转化成乙酰磷酸,反倒是硫代乙酸的效果好很多,能在很短的时间内与磷酸反应生成大量的乙酰磷酸,而且这些乙酰磷酸也表现出了不错的反应活性,能让多种物质磷酸化,甚至能让ADP重新变成ATP。
1700259838
1700259839
至于促进有机小分子的缩合反应,乙酰磷酸却要让我们深感失望了。它几乎没有表现出这方面的能力,不能促进蛋白质或者RNA的聚合,要讨论蛋白质的兴起,实在是为时尚早。
1700259840
1700259841
毕竟,代谢的脚步也才刚刚开始,生命怎么可能一蹴而就?
1700259842
1700259843
不过,这一步毕竟已经迈了出去,这就足以让我们感到兴奋了。在白烟囱的深处,原始乙酰辅酶A路径已经开启了最初的物质代谢,多元羧酸甚至氨基酸正在被源源不断地生产出来;乙酰磷酸作为能量通货固然不像今天的ATP那样神通广大,也足以让那些小分子的有机物活跃起来——这些地质化学反应已经形成了一个挺复杂的耗散结构。
1700259844
1700259845
这些原始的物质代谢和能量代谢都还是纯粹的地质化学反应,不但效率低下,产物也乱七八糟,可它们终究构成了一个名副其实的耗散结构,减轻了白烟囱里熵增的障碍。那么正如我们在第四章里讨论过的,这个让人充满希望的耗散结构会从此不断地进化,最终发展出针对自身的控制系统,成为一个真正的生命。
1700259846
1700259847
到那个时候,我们就会看到,这一幕里的地质化学反应是如何得到严密的控制,发展成了第五章和第八章里,那些又复杂又有序的代谢机制。
1700259848
1700259849
友情提醒:如果你按照图注建议的,把图3—6剪了下来,那么小心保管,不要把它弄丢,我们在第五幕里还会用到它——这句话也是本书的作者到了第五幕才突然想起来的。
1700259850
1700259851
[1]当然,有些硫氢根也会进一步被电离,变成氢离子和硫离子(S²⁻)。
1700259852
1700259853
[2]需要注意的是,这三种能量通货与ATP都是合成RNA所需的四种单体之一。具体来说,鸟苷三磷酸(GTP)能给转运RNA进入核糖体的过程提供能量,同时也出现在动物的三羧酸循环中;胞苷三磷酸(CTP)能将甘油磷酸化成磷脂,用来制造细胞内外的各种膜;尿苷三磷酸(UTP)则主要出现在某些糖类的代谢中。
1700259854
1700259855
1700259856
1700259857
1700259859
1700259860
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?
1700259861
1700259862
1700259863
1700259864
[
上一页 ]
[ :1.700259815e+09 ]
[
下一页 ]