中国科学院成都分院|中国科学院
 
您现在的位置:首页 > 科苑之窗 > 科苑随笔
手性,生命中的奇特现象

  分院机关 岳奎元

  自然界中,许多图像表现出某种对称,例如,我们的左手与右手,称为手性对称。在物理学中也有这样的对称性。如,光的入射与反射是对称的。因此,牙科医生用反光镜要经过严格的训练,才能很好的使用它。在粒子物理学中,也有对称,但名字叫“宇称”。例如,在微观粒子的相互作用中就存在着对称性。

  然而,科学家也发现,从原子到人类,手性特征是不对称的。例如,1956年,美籍华人学者李政道与杨振宁证明:“在弱互相作用下,宇称可以不守恒”。由于与他们打破了“宇称守恒定律”而获得了诺贝尔奖。

  在我们周围的世界里,通常显示出对其中一种手性,左手或右手具型有特别的偏爱。例如,牵牛花的藤总是向右旋转着往上生长,这种右旋,科学上叫顺时针方向,反之,则称为左旋。右手性的植物还有猕猴桃、落葵(木耳菜)、野毛豆等。

  生命中的不对称性,表现在许多方面,例如,结构上人的大脑两半球就是不对称的;心脏在中央左侧,肝脏在右侧。功能上,右手相对于左手的优势是一种普遍现象,与种族与文化无关。

  执行和表演生命功能的蛋白质,不外20种氨基酸组成,除含有对称碳原子的甘氨酸外,其他19种都具有光学活性,而且都是左旋的。即都有一种叫做“光学异构”或叫“旋光异构”的特性。也称为手性。它能使偏振光发生旋转,向左旋的,叫左手型,就是人们常说的L型。而科学家在实验室合成有机化合物时,获得的左手型与右手型(D型)产物几乎相等,即一半对一半。自然界中的氨基酸有左手型和右手型,为什么生命有机体内蛋白质中的氨基酸几乎都是左手型呢?

  同样,我们吃的糖,无论是甘蔗汁制的,还是甜菜汁制的,它们的分子都是右旋的。虽热人工合成了左旋糖,甜味也不错,但它不产生热量。原来我们身体里的酶只偏爱右旋糖,对左旋糖不能消化吸收。不过现代食品加工中,它正好作为低热食品的甜味剂。

  虽然天然糖有左手型,也有右手型,但核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)中的核糖都是右手型。人体内一切氨基酸分子都是左旋的;淀粉的分子都是右旋的;DNA分子像一架双螺旋梯子,一路右旋到顶;右旋的氨基丙苯,要比左旋的氨基丙苯强10倍;而作为对大脑有效的镇痛剂――吗啡,分子总是左旋的……。

  现在正在发展中的一门化学——手性合成或叫立体控制合成化学,就是专门研究手性药物和手性化合物的生产方法及技术,受到广泛的重视,并取得了不少成果,成为现代有机合成中的一个前沿领域。

  是什么力量指使生命体内的选择呢?是谁指使生命从左手型和右手型中选出一半呢?这确实是一种奇特的生命现象。

  科学家们也在从这种奇特的现象中寻找生命老化的原因及大脑老化的奥秘。例如,有人发现,人眼球晶体核内的右旋天冬氨酸以每年0.14%的速度积累,这从一个侧面显示出生命老化的过程。因此,如何减低氨基酸外消旋速度,抑制蛋白质老化,对延长寿命是有意义的。也有人发现,有的老年综合症患者,脑内有20-50%的氨基酸是右手型的,说明大脑功能与氨基酸的手性有密切关系。

  有人说,生命的活动在于手性,所以关于生命活动中的手性问题是值得研究的。