揭示生命起源之前糖的合成
戊糖是现代生命形式新陈代谢中必需的碳水化合物，但由于这些分子不稳定，它们在地球早期的可用性尚不清楚。由日本东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)领导的一项新研究发表在《JACSAu》杂志上，揭示了一种与早期地球条件相容的化学途径，并且C6醛糖酸可以作为一种来源戊糖，无需酶。他们的发现提供了有关原始生物化学的线索，使我们更接近了解生命的起源。
地球上生命从简单化学物质的出现是生物化学乃至整个科学领域最令人兴奋但最具挑战性的主题之一。现代生命形式可以通过复杂的化学网络将营养物质转化为各种化合物;更重要的是，它们可以使用酶催化非常特定的转化，从而实现对分子产生的非常精细的控制。
然而，在生命出现并变得更加复杂之前，酶并不存在。因此，地球历史的早期阶段很可能存在各种非酶化学网络，它们可以将环境营养物质转化为支持原始细胞样功能的化合物。
戊糖的合成是上述情况的一个突出例子。这些单糖仅含有5个碳原子，是RNA和其他我们所知的生命所必需的分子的基本组成部分。科学家们提出并研究了在生命起源之前生成戊糖的各种方式，但目前的理论提出了一个问题：如果这些化合物的寿命极短，那么戊糖如何积累足够的数量来参与生命前的反应?
为了解决这个问题，由ELSI的研究科学家RuiqinYi领导的研究小组进行了一项研究，以寻找早期地球戊糖的起源和持续供应的替代解释。他们探索了一种无酶化学网络，其中C6醛糖酸(一种稳定的六碳碳水化合物)从各种益生元糖源中积累，然后转化回戊糖。
所提出的化学途径从葡萄糖酸开始，葡萄糖酸是一种稳定的C6醛糖酸盐，通过已知的益生元转化，在地球早期可能很容易获得。下一步是将C6醛糖酸非选择性氧化为糖醛酸;这里，术语“非选择性”是指氧化过程不区分醛糖酸结构中的各种碳原子，留下五种可能的氧化结果。
通过实验和理论分析，研究人员深入研究了各种氧化产物，弄清楚了反应网络的细节。
有趣的是，他们发现无论氧化发生在哪里，所得的糖醛酸化合物总是可以经历被称为“羰基迁移”的分子内转化，直到形成特定的化合物3-氧代-糖醛酸。一旦达到这种状态，3-氧代糖醛酸很容易在H2O2和亚铁催化剂存在下通过β-脱羧转化为戊糖，这两种催化剂都与早期地球的条件相容。
在建立并测试整个复杂的反应网络后，研究人员注意到与现代生化途径的重要相似之处。
“我们展示了五碳糖的非酶合成途径，该途径依赖于化学转化，让人想起磷酸戊糖途径的第一步，这是代谢的核心途径，”主要作者RuiqinYi说。
“这些结果证明，益生元糖合成可能与现有的生化途径有重叠。”鉴于糖在现代新陈代谢中无处不在，所提出的反应网络对于第一个类生命系统的出现可能非常重要。
这项研究的结果对于天体化学和天体生物学非常重要。默奇森陨石中发现了大量的醛糖酸盐，默奇森陨石是1969年坠落地球的著名碳质陨石。
相比之下，现代生物系统中发现的典型碳水化合物却不存在。这意味着醛糖酸盐可以在地外条件下形成和积累，目前的研究表明它们可以在生命组成部分的起源中发挥重要作用。“我们希望这项工作能够塑造下一波天体生物学浪潮，重点关注醛糖研究，”易补充道。
在未来的研究中，研究小组将重点关注C6醛糖酸盐是否在地球早期积累了足够的量，以充当原代谢出现的“营养物质”。首席研究员RuiqinYi总结道：“我们希望更多地了解如何从经典的益生元糖反应(例如福糖反应和Kiliani-Fischer同系反应)中生成这些醛糖酸盐。”
值得注意的是，这些经典的益生元糖反应在现代新陈代谢中并不存在，因此，所提出的非酶途径可以充当早期糖和理论上第一个生命形式使用的碳水化合物之间急需的桥梁。
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