当代的生命起源最新研究
摘要:通过结合,分裂和重组,形成新的类型的网络,从他们自己的亚基,该模型
表
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明,这些亚群的分子会产生越来越大和复杂的化学反应网络。
关键词:分子网络起源自催化化学
停留在分子水平上的生命起源研究已是长期存在的科学问题。然而,最近的研究揭示了更为可能的机制,生命可能已经立足化学汤,存在于早期地球。研究人员已经提出了几个相互竞争的理论,对地球上的生命如何能得到它的开始,甚至在第一次基因或活细胞就被激活,他们都是有共同的分子网络,有能力共同推动和加快自身的复制——这是两种生命的必需成分。然而,许多研究人员发现很难想象这样的分子网络可以自发形成的前体——没有从早期地球化学环境。
“有人说它是相当于一个龙卷风吹过一个垃圾场和组装波音747的随机五金件和塑料’’ hordijk说,之前最新研究发表在2004,hordijk和同事迈克钢在新西兰坎特伯雷大学使用数学模型,简单的化学反应表明,这种网络可能比许多研究人员的看法更简单。事实上,生物化学家已经建立了这种网络中的实验室。一项新的研究发表在今年,hordijk,钢,和同事考夫曼在佛蒙特大学的结构
分析
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,在网络的数学模型中发现了一个可能的机制,它们可能进化出今天我们所知道的生命,如细胞膜或核酸。“事实上,如果你看结构网络的分子模型,他们往往是因为较小的亚分子具有相同的自我维持能力,“hordijk解释。
通过结合,分裂和重组,形成新的类型的网络,从他们自己的亚基,该模型表明,这些亚群的分子会产生越来越大和复杂的化学反应网络。这些结果可能产生重大后果,我们认为生命可能起源于纯化学”,hordijk写道。
反应循环中的网络催化。
某些化学反应循环能产生一个参加反应的有机分子的额外的副本。代谢中的TCA循环是一个例子,如果反向运行,它能产生多步反应循环中的一个反应物的额外的副本。一些研究者,尤其是哈罗德-Morowitz,认为这种“网络催化”作用在生命起源中起到重要的作用。
一个新的被称为"系统化学"的领域正在形成,它不久将能够分析有机分子的大规模的反应网络,人们可以在计算机上或实验室里测试有多少这样的网络催化存在,以及它们是如何相互作用的。
像上面那样的有机反应网络方面的工作,是一项为了理解作为氨基酸,核苷酸和脂质的基石的小分子的新陈代谢,如何在生命起源中发生的更大努力的一部分。显然,加速这种反应网络中的很多反应的催化剂,能够并且已经出现了。当前代谢的每个反应步骤都有一个特定的蛋白质催化剂,或酶,使得代谢形成了相互连接的催化反应的网络。
鄂尔多斯和Renyi在1959年和1960年就表明了,当线段与钮扣的比值增加时,起初有一些小群的钮扣,然后出现中等规模的钮扣集群,然后一个美妙的事情发生了。几条
随机增加的线段,把所有的或大部分的中等规模的钮扣集群连接在一起,成了一个巨大的集群或巨大的组件图形。从数学上讲这种转型,像冰融化成水一样,是个“一级的”相变。对于大量的钮扣,或节点,随着连接线段或边缘线数量的增加,系统突然从离散的断开的小群跳转到一个巨大的连接群。考虑到这种阶段转变,
一个线性的,由两个单体A和B构成的聚合物集,考虑所有单体及聚合物的长度可达到M个,只考虑其中的切割和连接反应,这就是说,AB与BA可以连结形成ABBA,或ABBA 可以切割形成 A 和BBA 。很容易显示出来,直观而又明显,随着系统中分子数目的增大,它们中间反应的数量增长的更为迅速。例如,长度为M的最长的聚合物,可以通过连结较小的碎片,形成M - 1个连接,因此,这个长度为M的最长的聚合物,可以有M - 1种方式形成。很容易表明,化学反应数目与分子数的比值是M - 2,从而,聚合物的反应数目的增加与聚合物的最长的长度之间是“线性”关系。这个理论的最后一步是很简单的。我们需要知道是否有任何聚合物可以催化反应体系中的任何一个反应。一个简单的假设是,任何分子催化任何反应,都有一个固定的概率P。那么很容易证明,由于分子的多样性增加,越来越多的反应能被催化,因此反应可以迅速发生。最后有这么多的反应被催化,于是,一个巨大的催化反应网络形式了,这就是集体自催化。
总之,从这个观点来看,集体自催化的出现是可以预期的反应阶段变化,在那里有众多的可以进行反应的分子,这些反应本身也是催化的对象。1986年,法马,惠普和考夫曼的计算机实验工作证明了这些观点。更多这样的集体自催化集可以演变为新集,所以演变可能发生。
最近,W。Hordijk和M。斯梯已经以解析方法证明了上述阶段变化的发生,而预期的聚合物实现自催化集所需要的催化反应数大约在1到2之间。作者认为, 这个估计无论是对于RNA的核酶或者是多肽,或两者一起,都是合理的。
在“秩序的起源”一
书
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中,我描述了一个用来支持自催化的代谢反应的连接催化集的出现。在实验上,现在可以生成一个大型的库,包含随机的DNA,RNA及肽或多肽。T。LaBean,以及最近LLuisi的工作已经表明,随机多肽折叠的相当容易。在一个称为"组合化学"的领域里,一个子域被称为“噬菌体展示”。在这里,称为噬菌体的使细菌感染的病毒,被
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
成这样,即每一种病毒表面都涂了一层独特的随机的肽。实验工作表明,每大约一百万个随机的肽里,就有一个可以绑定一个特定的分子靶。这种蛋白质被称为"肽适配",可以用于寻找候选的新药物。使用这样的库,我们应该很快就可以测试查明,随着分子系统的多样性的增加,集体自催化集是否会出现。
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