生物化学中最古老也是最基本的问题之一是，既然已经有13种氨基酸是生命的核心部分，为什么20种氨基酸都是生命所必需的？然而，我们可以从量子化学的角度找到答案。根据一项新的研究，尽管其他七种氨基酸的空间结构没有什么特别之处，但它们在体内参与的化学反应对生命也至关重要。

量子化学是指利用量子力学的原理来解决相关问题。在量子力学中，我们根据概率和波的特征来描述粒子。这种方法也可用于研究化学反应中原子的行为。

这项新研究背后的国际研究团队使用量子化学技术来比较太空或陨石碎片中的氨基酸与支持地球生命的氨基酸。

德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学的研究员贝恩德·穆斯曼说:“今天，我们在太空的研究已经从严格的化学转变为生物化学，这要归功于这七种额外的氨基酸，它们提高了氨基酸基大分子的反应性。”

命令是由遗传物质DNA发出的。氨基酸形成不同序列的蛋白质。这些氨基酸是在地球首次出现时形成的，也就是大约454亿年前，所以它们是生命最早的组成部分之一。

然而，在进化过程中，没有人知道为什么我们最终需要20个氨基酸来处理这个遗传密码，因为最初发现的13个氨基酸应该足以完成这个任务。

研究人员发现的其他七种氨基酸的“灵活性”越大，这意味着它们在化学变化中更灵活，也更容易与其他物质相互作用。

如果氨基酸被表示为圆，它们可以被绘制为多个同心圆，代表不同的能级，而不是具有相同化学硬度和能级的单个圆，如下图所示。

量子化学计算证实了这一假设，研究人员可以通过一系列生化实验来支持他们的想法。

在这个过程中，研究小组确定了另外七种氨基酸，尤其是甲硫氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸，这可能是对早期地球生物圈中氧含量增加的反应。

我们不能追溯太久，因为我们从未留下第一种有机化合物的化石来分析，但它可能是揭示地球生命形成过程的重要部分。

最早尝试处理额外氧化应激的活细胞是适者生存的例子。那些最终存活下来的细胞通常受到这七种新氨基酸的保护，以最好地处理额外的氧气。

穆斯曼说:“有鉴于此，我们可以把氧气描述为基因编码的最后一击。”

这项研究发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上。

蝌蚪工作人员从科学警报，翻译孙惠民，转载必须授权