水是生命的基础，其重要性不可忽视，然而在生命起源的研究中，水常被视为不利因素。蛋白质和核酸作为生命的基本分子，其形成过程涉及缩合聚合物的合成，这要求排除水的存在，这给生命的起源带来了挑战。如何在水中克服水解的热力学压力，促进缩合聚合物的形成，以及如何使亲核试剂在动力学上优于水，是当前研究的关键问题。成果简介为了解决这些问题，英国伦敦大学学院Daniel Whitaker & Matthew W. Powner两个人在Nature Reviews Chemistry期刊上发表了题为“On the aqueous origins of the condensation polymers of life”的最新综述论文。本综述探讨了如何利用前生物分子中蕴含的化学能，选择性地释放能量以实现聚合物合成，并重点关注如何在水中合成核酸，避免形成完全水解的单体。研究表明，水不仅能支持聚合物的形成，还可能是生命分子选择性生成的理想环境。这一发现为生命起源的化学路径提供了新的视角，推动了我们对生命起源过程的理解，为未来的研究奠定了基础。研究亮点（1）综述探讨了生命起源中的水的重要性，提出水虽然对生命至关重要，但传统上被视为不利于生命出现的因素。通过分析水在生物分子（如蛋白质和核酸）形成中的作用，得到了关于如何在水中克服水解热力学压力并有效合成缩合聚合物的见解。（2）研究通过探讨氰基等前生物分子中蕴含的化学能，揭示了如何避免形成完全水解的单体。结果表明，氨基腈等分子能够有效利用其内部能量促进肽的合成，而不需要经历完全的水解过程。此外，还讨论了核酸的合成过程，强调了在水中实现高效选择性磷酸化的潜力。综述最后指出，未来的研究应着重于理解信息如何从核酸流向蛋白质，进一步揭示生命系统的化学基础。图文解读图1：益生元单体合成利用了益生元腈的内在能量。图2：聚物生长及其自发碎裂的生化策略。图3：从α-氨基酸合成α-肽的挑战。图4: 在没有α-氨基酸中间体的情况时，从α-氨基腈形成α-肽。图5: 通过益生元腈的内在反应性，Strecker途径自发分化为α-肽和辅酶A中的非蛋白原肽键。图6：核酸模板下的核酸聚合。图7：核苷-5′-磷酸的电亲和活化。图8：核苷的水相磷酸化。图9：选择性磷酸化反应。结论展望本文探讨了水在生命起源中的重要性，尽管水常被认为对生物合成不利，但它实际上是生命化学反应的关键环境。研究表明，缩合聚合物（如蛋白质和核酸）的形成并不一定要排除水，而是需要通过平衡热力学激活和动力学稳定性来实现。具体来说，利用前生物分子（如氰基）中的化学能量，可以避免完全水解的单体生成，从而促进聚合物的合成。这一发现挑战了传统观念，提示我们需要重新审视水的角色，尤其是在合成生命基本组成部分的过程中。此外，文章强调了识别和理解早期生物化学机制的重要性，包括如何实现核酸的合成和信息的流动。文献信息Whitaker, D., Powner, M.W. On the aqueous origins of the condensation polymers of life. Nat Rev Chem (2024). https://doi.org/10.1038/s41570-024-00648-5🌐 做计算，找华算 🌐🔧 我们提供全面的服务，涵盖：催化、电池、材料、生物医药、化学、能源等领域的多尺度理论计算解决方案，提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
