▲最初的13种氨基酸具有相似的化学惰性和电子能级（图中用一个圆圈表示）。新的氨基酸在进化中变得柔软且具有不同的能级（图中用多个同心圆表示）。
20种氨基酸构成了地球上所有的生命，它们通常由三个连续的DNA碱基（密码子）编码并形成蛋白质。生物化学界的一大古老谜题是：为何是这20种氨基酸构成生命的基础？最令人困惑的是，在最初的13个氨基酸完全可以形成所有功能蛋白质的情况下，为什么还会出现7种新的氨基酸？
德国美因兹大学病理生化研究所的Matthias Granold博士和Bernd Moosmann教授领导的研究团队使用量子化学方法解决了这一难题。他们认为，生物圈中氧气的增加，导致了7种化学活性更强的新的氨基酸的加入。该研究近日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。
研究人员用新的研究方法比较了地球上生命来源的氨基酸、陨石中来自太空的氨基酸，以及现代参考生物分子的量子化学。他们发现，新的氨基酸更容易发生反应或化学变化，并在生化实验的理论计算结果中验证了此观点。Moosmann解释说：“从太空中死去的化学物质到现有生命的化学物质，氨基酸的柔软性增加，生命模块的反应能力增强。”
为什么这些新的柔软的氨基酸会被用于形成蛋白质呢？它们会与什么反应呢？研究人员认为，生物圈中氧含量的增加，促进了有毒自由基的形成，使现代生物和细胞暴露在巨大的氧化压力下。新的氨基酸，特别是蛋氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸，可自由基发生化学反应，并有效清除它们，保护了更有价值的生物结构，这些结构在氧化损伤后不可修复，但保护它们的氨基酸在氧化后很容易被修复。因此，新的氨基酸为原始的活细胞提供了生存优势，使它们能够在含氧量增加的地球上存活下来。
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编译：花花 审稿：阿淼 编辑：程建兰
来源：https://scitechdaily.com/quantum-chemistry-solves-amino-acid-mystery/
