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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。
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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。
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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?
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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)
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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。
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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。
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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。
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毕竟,代谢的脚步也才刚刚开始,生命怎么可能一蹴而就?
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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。
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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。
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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。
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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。
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[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⁻)。
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[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。
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遂古之初,
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谁传道之?
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——屈原,《天问》
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