http://www.xjipc.cas.cn/kxpj/kxgs/kpwznew/201411/t20141130_5857275.html
地球上的生物都是以碳元素为基础的。碳原子是“四价”的,可以用四根化学键和其它的原子相连,形成生命所需要的各种复杂分子,其中碳原子彼此以单键或双键相连形成链状或环状的化合物,上面再连上各种功能基团。可以说,没有碳就没有地球上的生命。
碳原子的四根化学键不仅使得复杂生命分子的产生成为可能,也带来了另一个复杂性,那就是有些以碳为骨架的分子,特别是氨基酸和糖类分子,具有不对称性,也叫做“手性”(chirality)。Chirality这个词来自希腊文χειρ (Kheir),意思就是“手”。人的手是不对称的。如果以中指为轴,食指和无名指就不对称,拇指和小指也不对称。但是人的左手和右手却有一个对称面,彼此为对方的镜像。如果物体自身是不对称的,镜面内外的两个物体就不能通过转动而彼此重合,例如左手和右手就不能彼此重合。左手的手套,右手就戴不进去。这就是“手性”,是对两个不对称物体互为镜像这种情况的描述。分子也一样,分子的手性是指具有同样结构的分子(其中组成分子的原子和它们的连接顺序都相同,所以它们具有同样的分子式),却有两种空间形式,彼此成为镜像而无法通过旋转而重合。
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互为镜像的两种分子不仅空间结构不同,它们还有一个特殊的性质,就是都能够使平面偏振光(光波的振动方向在一个平面上)振动的方向旋转,只是旋转的方向相反,所以它们又被称为“旋光异构体”。使偏振光的偏振方向向右旋转的叫做“右旋异构体”(D型,D是前缀dextro- 的第一个字母,表示“右旋的”),向左旋转的则叫“左旋异构体”(L型,L是前缀levo- 的第一个字母,表示“左旋的”)。旋光异构现象是法国科学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)于1894年首先认识到的。他发现从酿酒容器中得到的酒石酸(2,3-二羟基丁二酸)可以使偏振光的偏振方向旋转,但是其它来源的酒石酸盐却没有这种能力。进一步的研究发现,没有旋光能力的酒石酸可以形成两种晶体,形状也彼此为镜像。如果把这两种晶体分开,它们就都获得了旋光性,只是旋光方向相反。之所以酿酒容器中的酒石酸盐具有旋光性,是因为这些酒石酸是生物来源的,只含有一种异构体。而化学合成的酒石酸两种异构体都有,它们的旋光效果彼此抵消,所以显示不出旋光能力来,这两种异构体的混合物就是“消旋”的。
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从碳原子是许多生物分子骨架来看,含有多个彼此相连碳原子的分子就有可能含有不对称碳原子。如果生物产生的这些分子只含有其中一种异构体,它就会具有旋光性。例如组成蛋白质的氨基酸,除甘氨酸外,就含有一个不对称碳原子,叫 a 碳原子。它与氨基、羧基、氢原子及一个“侧链”相连(甘氨酸的“侧链”是另一个氢原子,所以这个碳原子和两个氢原子相连,就不是非对称碳原子),因而可以形成两种旋光异构体。但是除了少数的例外,所有生物来源的氨基酸都是“左旋”的。
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这些糖分子都含有多个不对称碳原子,它们的旋光形式又如何定义呢? 这就要看离醛基(碳原子1)最远的那个不对称碳原子的构型,这在葡萄糖中是碳原子5,在核糖中是碳原子4。如果它们的构型和甘油的右旋型相同,那就是右旋(D)型的。反之则是左旋(L)型的。研究发现,所有生物来源的糖类都是D型,即右旋的。生物体所使用的核糖(包括其变种2-脱氧核糖)和葡萄糖,都是右旋的。
生物分子由左旋(L)型的氨基酸和右旋(D)型的糖类分子构成这个事实使人感觉有点难以理解,因为氨基酸当初由非生物途径被生成时,是两种旋光异构体都有的。太空中发现的有机化合物,如果含有不对称碳原子,也都有左旋和右旋两种类型,说明它们是非生物来源的。这两种旋光异构体的化学性质相同,按理说两种旋光异构体都可以形成生命分子。为什么地球上没有使用右旋氨基酸、左旋葡萄糖和左旋核糖的生物呢?
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(自己去看吧)