The Origin of Chirality in the Molecules of Life

The Origin of Chirality in the Molecules of Life pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Guijarro, Albert/ Yus, Miguel
出品人:
页数:164
译者:
出版时间:2008-11
价格:$ 180.80
装帧:
isbn号码:9780854041565
丛书系列:
图书标签:
  • Chirality
  • Molecular Biology
  • Origins of Life
  • Biochemistry
  • Asymmetry
  • Stereochemistry
  • Amino Acids
  • Sugars
  • Evolution
  • Prebiotics
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具体描述

This book provides an interdisciplinary review of one of the great unsolved mysteries that has fascinated scientists for over 150 years: the origin of chirality in biomolecules. It was Pasteur who first initiated the search for a deterministic theory to explain the 'handedness' of biomolecules. His theory, that a 'dissimetric' force was involved, was correct in essence but he never saw the fruits of his labour. Current thinking tells us that asymmetry in the universe has its origins in the forces that unfolded after the Big Bang and, more specifically, the weak force. Being 'left handed', the weak force imprinted its signature on the evolving Universe. However, at the molecular level, the weak force does not provide a straightforward explanation of biomolecular homochirality. In fact, it is yet to be proved beyond doubt that a causal link exists at all. Many alternative theories have been put forward, some of them resting on solid ground, but all lacking definitive experimental evidence to back them up. Some postulate that the handedness of molecules in the biosphere arose by chance but this is hard to test. Others rely on discovering life on similar planets and making comparisons with Earth. Alternative theories have emerged from a range of backgrounds including geology, biology, chemistry, physics and astronomy. Current advances in fields as diverse as space exploration, prebiotic chemistry and high-energy physics may help to provide an answer. Important pieces of information will come from observations at the two frontiers of science: outer space and the subatomic world. Observation of distant planets, galaxies, and even actual sampling of celestial objects from beyond the solar system are projects currently underway. At the other end of the spectrum, there are experiments that study the elemental properties of matter, such as symmetry, and interactions with the fundamental forces. All these efforts will render their fruits soon. This volume unifies all the theories of the origin of biomolecular homochirality together in one source. The various chapters focus on chance mechanisms, physical forces such as the 'weakinteraction', fluid dynamics, amplification of chirality, the organic contents of meteorites and comets and, finally, the physical view of an intrinsically asymmetric universe. This complete, interdisciplinary review of an intriguing subject condenses a large and disparate range of contributions from journals in almost every scientific field. The various theories have been organized, interrelated and explained in a unified way. One of the book's strengths is its extensive use of graphic material to aid understanding the many subjects covered. It is fundamental, comprehensive and structured to be accessible for educational purposes.

基因组的宏大叙事:生命蓝图的构建与演化 本书深入探讨了生命起源与早期演化过程中,驱动复杂生物系统形成的关键机制。我们聚焦于生命分子如何从无机环境中自发产生,并逐步组织成具有自我复制和代谢能力的实体。全书以宏大的时间尺度为背景,细致剖析了从地质化学到生物化学的过渡阶段所涉及的物理、化学约束与机遇。 第一部分:地球化学的摇篮——早期地球环境与分子前驱物的生成 本部分详细描绘了冥古宙和太古宙早期地球的极端环境。我们首先考察了构成生命的基石——氨基酸、核苷酸以及脂质分子的非生物合成途径。重点分析了米勒-尤里实验的现代修正版,并引入了深海热液喷口和岩石-水界面作为更具可行性的分子工厂。 1.1 大气成分与能量梯度: 探讨了早期地球大气(富含二氧化碳、氮气、水蒸气,缺乏自由氧气)在紫外线、闪电和火山活动提供的能量驱动下,如何高效催化小分子有机物的形成。我们利用最新的同位素分析数据,重构了关键前驱物的丰度和空间分布。 1.2 岩石与矿物的催化作用: 矿物表面被视为有机化学反应的“固体催化剂”。书中详述了粘土矿物(如蒙脱石)在聚合反应中的作用,它们不仅能吸附单体,还能提供模板结构,促进寡聚体的形成。特别关注了磷酸盐矿物在能量传递分子(如ATP的前身)形成中的不可替代性。 1.3 宇宙的馈赠: 对比了地球内部合成与地外来源的贡献。陨石(特别是碳质球粒陨石)中发现的复杂有机分子,如糖类和核碱基,提供了生命所需材料的外部输入。计算模型模拟了这些物质在地球早期海洋中的沉积和富集过程。 第二部分:从单体到聚合物——生命的聚合挑战 生命的核心特征之一是其高度有序的生物大分子。本部分致力于解决“聚合悖论”:在水溶液中,聚合反应(脱水缩合)是热力学上不利的,那么生命如何克服这一障碍? 2.1 模板介导的聚合: 阐释了在表面或特定结构内部进行聚合的机制。我们详细分析了干湿循环(潮汐带或间歇性水域)如何通过蒸发浓缩,驱动多肽和核酸链的延长。 2.2 磷酸化与能量驱动: 探讨了在缺乏现代酶系统的情况下,如何实现核苷酸的三磷酸化。重点分析了火山灰或金属硫化物表面在环境温度下驱动ADP到ATP类高能分子的转化模型。 2.3 RNA世界的前奏: 深入考察了核酸聚合的立体化学限制。讨论了早期核糖核苷酸聚合如何偏向于形成特定的链结构,以及这些寡聚物如何在表面上实现信息存储和传递的原始功能。我们区分了不同类型核酸(如PNA, TNA, HNA)在早期生命竞争中的地位。 第三部分:隔室化与原始细胞的诞生 分子系统必须被封装起来,才能形成一个独立于环境的、具有内部稳定性的实体。本部分关注原始膜的形成及其对化学演化的意义。 3.1 脂质的自组装动力学: 描绘了脂肪酸和磷脂在水相中自发形成单层囊泡(微球)的过程。分析了不同脂质组成的膜在渗透性、稳定性和对外部分子的选择性吸收方面的差异。 3.2 囊泡的生长与分裂: 研究了原始细胞如何通过吸收外部脂质或通过化学张力驱动的膜张开和重新闭合来实现体积的增长和遗传材料的分配。引入了非对称性驱动的膜动力学模型。 3.3 界面化学与代谢的耦合: 考察了膜结构如何作为原始代谢反应的催化平台。某些膜蛋白前体(可能嵌入在脂质层中的特定肽段)如何建立最初的跨膜梯度,并驱动能量的初步捕获,这是从化学演化迈向生物演化的关键一步。我们着重分析了原始的“化学循环”如何从膜两侧的不平衡中获益。 第四部分:遗传与选择的萌芽 本部分转向生命信息系统的复杂化,探讨了信息复制的可靠性与选择压力的出现。 4.1 复制的保真度挑战: 详细讨论了无酶催化下,遗传信息复制中错误率过高的问题。分析了特定结构的单体如何通过空间匹配提高配对的准确性,以及环境因素(如温度波动)如何间接影响复制的准确性。 4.2 原始的“适应度”概念: 阐述了在没有明确的基因-蛋白质系统之前,哪些基于物理化学属性的性状会被环境“选择”。例如,更稳定的聚合物、更有效率地捕获能量的囊泡,或能更频繁地分裂的微球。 4.3 原始生态系统的竞争: 模拟了不同化学策略(例如,基于肽的系统与基于核酸的系统)在有限资源下的相互竞争。这部分揭示了自然选择力量在分子层面开始发挥作用的早期迹象,预示着通用遗传密码的最终形成。 本书总结了从最简单的有机分子到第一个具有复制能力的细胞结构之间,漫长而复杂的演化路径,强调了环境约束在塑造生命基本结构中的决定性作用。

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