生物小分子的前生物合成

生物小分子是指氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸、糖、核苷、核苷酸和卟啉等构成生命体的基本单元，通常分子量小于1000Dalton（lDalton=1.6601×l0-27　kg），当热能、放电、辐射线等各种能量作用于地球、大气和水圈的组分时而产生。氨基酸是模拟原始地球条件下形成的第一种有生命意义的有机化合物。著名的米勒实验是用氢、氨、甲烷和水蒸气组成的还原性气体模拟原始大气，通过火花放电得到氨基酸和其他有机物。产物主要有甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、肌氨酸（Sar）、β-　丙氨酸（β-Ala）、a-　氨基丁酸（a-ABA）。后来人们用甲醇、异辛烷、乙烷代替甲烷，放电产生了更多的氨基酸。我在模拟原始地球大气的过程中加入了PH3，该体系放电后产生19种氨基酸，而作为对照的不含PH3 的体系只产生6种氨基酸，说明了磷在生命起源中占有重要的地位。

史兰克尔（Strecker）合成是氨基酸的一种古老的合成方法，分为三个步骤：①把氨加到醛中产生亚胺；②把氰化氢加到亚胺中产生氨基氰；③氨基氰不可逆水解生成氨基酸。从史兰克尔合成的机理可见，除氰化物外还需要一些合适的前体分子，即：①醛前体，如甲醛、乙醛和乙醛醇可分别作为甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸的醛前体；②活化炔和苯乙炔可以合成苯丙氨酸，羟基可以和苯丙氨酸起反应产生酪氨酸。另一重要的机理是氰化氢合成机理。据探测，氰化氢广泛分布于银河系，故很可能出现在原始地球上。pH 接近9的较浓的氰化氢溶液，会发生一系列复杂的化学反应，生成二聚物、三聚物、四聚物等，氰化氢还可以形成高齐聚体(HCN)nn＞4。曼修斯从三聚物和四聚物的水解产物中得到13种氨基酸。由此可见，氨基酸可由氰化氢合成，其中四聚物起重要作用，室温下，pH=9.2时形成四聚物的速率最高，pH=7～10范围内以合理的速率进行，反应在100℃的状态下速度最快，-20℃下能以计量速率进行。因此，在原始地球上合成四聚物，温度和pH 值都不是障碍，但若氰化物的浓度降到0.01mol·dm-3 以下，氰化物水解为甲脒和甲酸的反应占优势。米勒提出低共熔浓度机理，来说明原始地球上如何形成高浓度氰化物溶液的方法。

第一个用氰化氢合成嘌呤的实验是奥罗做的，他将氰化氢溶解在过量的氨水中，浓度为1mol·dm-3～15mol·dm-3，从室温100℃起加热数天，分离出腺嘌呤。腺嘌呤能从4　-氨基-5氰基咪唑、氰酸盐、脲或氰中获得，而嘧啶可以通过多种方法获得。福克斯将苹果酸、尿素和聚磷酸加热到100℃～140℃得到了尿嘧啶；桑切斯（Sanchez）在甲烷、氮体系中进行火花放电生成氰基乙炔，进而在100℃的状态下加热一天，得到了胞嘧啶。(https://www.daowen.com)

糖的合成一般认为是发生了甲醛聚糖反应，即用碱处理甲醛，该反应是自身催化的。人们在原始地球大气的放电产物中发现了甲醛。由β-D-核糖，β-D-2-脱氧核糖与嘌呤碱或嘧啶碱缩合后的生成物统称为核苷。萨根认为，由于还原性原始大气对波长为240nm～290nm 的光而言是透明的，故有可能在地球的表面上利用这些紫外线形成核苷或核苷酸。现已得到证实，在核苷酸合成中必须有磷，而原始地球上的磷在水中的浓度很小，因此一般认为反应是在固体磷酸盐的表面上进行的。

卟啉是血红素、细胞色素、叶绿素等的核心成分，由乙炔、氰化氢或氨合成了吡咯后，又从含有Ni2+或Cu2+的吡咯以及甲醛的水溶液中生成卟啉。霍森和庞南佩鲁马曾宣布，在甲烷、氨和水通过放电所产生的生成物中，检测到了卟啉。由于卟啉具有共轭双键结构，所以借助共振的能量会变得非常稳定。朴尔曼认为卟啉的这一个特征对于其在化学进化过程中所起的作用，是一个重要的决定性因素。