生命為什麼需要那麼多氨基酸？

生物化學中最古老，也是最基本的問題之一就是，既然已經有13個氨基酸是生命核心部分，那為什麼生命所需的二十個氨基酸都是必需的呢？不過，我們或許可以從量子化學的角度找到答案。根據一項新的研究，另外七種氨基酸儘管在空間結構上並沒有什麼特殊的地方，但是其實它們參與的體內化學反應對生命也是至關重要的。

量子化學指的是利用量子力學的原理來解決相關問題，在量子力學中，我們根據概率和波狀特性來描述粒子，研究原子在化學反應中的行為也可以應用這種方法。

這項新研究背後的國際研究團隊使用了量子化學技術來比較在太空中或者存留在隕石碎片中的氨基酸和支持地球上生命的氨基酸。

來自德國美因茨約翰內斯古騰堡大學（Johannes Gutenberg University）的研究人員Bernd Moosmann表示:「今天我們在太空中的研究實現了從呆板的化學到生物化學的轉變，這多虧了這額外的7種氨基酸，從而提高了以氨基酸為基礎的大生物分子的反應能力。」

由遺傳物質DNA發出命令，氨基酸按照不同順序組成蛋白質，而這些氨基酸都是在地球剛出現的時候，也就是大約在454億年前形成的，所以它們是生命最早的組成部分之一。

然而，在進化過程中，為什麼最終我們需要20個氨基酸來處理這種遺傳編碼卻無人知曉，因為最初發現的13個氨基酸應該已經足夠完成這項任務了。

研究人員發現的另外7種氨基酸的「柔韌度」越大，這意味著它們在化學變化方面更靈活，更容易與其他物質發生相互作用。

如果把氨基酸表示成圓，那麼它們可以被畫成多個同心圓，分別代表不同的能級，而不是同一化學硬度和能級的單一圓，如下圖所示。

通過量子化學計算確定了這個假設，研究人員們可以通過一系列的生化實驗來支持他們的想法。

在這一過程中，研究小組確定了另外7種氨基酸，特別是蛋氨酸、色氨酸和硒化半胱氨酸，可能是對早期地球上生物圈中氧氣含量增加的一種反應。

我們無法追溯太過久遠的事情，因為從來沒有留下殘存著第一個有機化合物的化石供我們分析，但這又可能是揭開地球生命形成過程的重要部分。

最早期的活細胞試圖處理額外的氧化應激就是一個適者生存的例子。那些最終存活下來的細胞一般都是通過保護這7種新的氨基酸以最好地處理額外的氧氣。

Moosmann 表示：「鑒於此，我們可以將氧氣描述為基因編碼中的最後觸碰。」

這項研究已經發表在《美國科學院院刊》（PNAS）上。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者 孫慧敏，轉載須授權

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！