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[Apr 15, 2006]
化學:對稱掌性變化—外星生命之線索
喬治亞理工學院的研究生Tracey Thaler在最近第231屆的美國化學會全國會議上發表一種以光學活性為基礎的方法去分析外太空的樣本,以探索外星生命存在的可能性。
能作為生命存在的重要指標除了液態水之外,科學家想尋找的證據,尚有如胺基酸、胺類、多環芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbons)等的有機化合物。構成地球生命的胺基酸分子具有左旋的(L-amino acid)非對稱掌性(chirality),也就是具有旋轉偏極化光的光學活性,因此才能構成具有生物活性的α-helix等結構,在地球之外發現的胺基酸也必須不是消旋(racemic)形式才能支持它是由生命體所製造的。
不過,光是偵測到光學活性的分子可能還不夠,因為掌性(chiral)分子有可能經由非生物過程產生;而另一方面,生物過程也可能製造出消旋的產物。因此,保險的作法是能夠偵測到光學活性隨時間的變化,而這群研究人員利用的便是生物系統特有的消旋化(racemization)反應,如此只要使用偏振計(polarimeter)測量旋光度,也可以偵測未知結構的分子,克服現有層析術(chromatography)的不便及限制。
Bommarius教授門下的研究生Tracey Thaler想知道這種消旋化的活性是不是能存在於火星或泰坦(Titan)、歐羅巴(Europa)、恩刻拉多斯(Enceladus),她嚐試了多種低溫的有機溶劑後,發現扁桃酸消旋化酶(mandelate racemase)在濃銨鹽溶液及陰離子界面活性劑Aerosol OT、中性界面活性劑Triton X-100形成的微乳狀液(microemulsion)兩種介質中,可在-30℃之下仍保有消旋化活性,而這兩種介質都是可能存在於其他星球或衛星上的。此外,一些熱力學的量測如反應熱、活化能等跟在水溶液中得到的結果相近,也是相當有趣的結果。
扁桃酸消旋化酶催化的基質是極簡單的掌性分子扁桃酸,也具有很大的比旋光度,很適用於光學活性的測試,但未來仍要發展其他可用的酵素系統。而當前偏振計的靈敏度也還需要提高以應用於微量偵測,該校的物理系教授Rick Trebino實驗室正著手提升偏振計靈敏度。
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