为什么构成生命的分子统计上具有高度不对称性?

作者&投稿:中苇 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
分子是如何构成生命的??为什么无生命的分子能构成生命?~

分子分为生物分子与非生物分子,生物分子是由非生物分子构成的,它已经具有生命。 无生命的分子能构成生命,是因为具有生物活性的物质都是由非生命的物质(如原子)构成 。比如人体就有水、蛋白质、无机盐、糖类等构成的,说白了就是20多种元素。

思维是如何产生的?

构成神经系统的基本单位――神经元或神经细胞,是一种高度特化了的、专司信息的接受、传递、加工和储存的细胞。多细胞动物身上的神经元和神经系统,是细胞功能分化的产物。在海葵和珊瑚虫身上,已见这种单个或多个神经元的存在,而在腔肠动物的机体上,已发展出散漫的和网状的神经系统。学者们早就发现,这种网状的神经系统,可能已经是一种包含着“三级神经元”的神经系统。在进化程度更高的动物身上,神经系统的演化由散漫趋于集中。在扁虫和蠕虫类动物体内,“中间神经元”发展为“中间神经系统”。后者身上还出现了以头神经节形式出现的神经中枢的萌芽。配置有传入神经和传出神经的中枢神经系统,在脊椎动物身上正式形成和完善起来。这种完善的标志,就是起源于由前几个脊椎骨所胀大和包裹着的脑量的增长,脑结构的复杂化,特别是脑顶新皮质的出现和发展。在哺乳动物的脑中,新皮质开始占据支配地位。这时,它们的中间神经元系统,已开始发展为一个结构高度复杂化和神经元数额庞大的中间神经元网络。恩格斯说:脊椎动物的神经系统是“整个机体的基础”,它“占有整个身体,并且按照自己的需要来组成整个身体”。随着神经系统的发展和神经细胞的分工与专门化,动物的视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉、本体感觉的感官及其效应器官,也相关地产生和发展起来了。神经系统的产生、发展和复杂化,是动物心理和感受性的反映水平的生理基础。

神经系统的基本功能是通过自身的信息反映过程,把环境信息用于自身的行为调控,以保持机体对环境的适应和平衡。而神经系统作为联系体内外信息交换的纽带,其作用的基本方式就是反射。无条件反射和在此基础上产生的条件反射,都是对外部刺激的内部反映与外部回答性反应的统一。前者的生理机制,是以神经系统的细胞突触间的恒定联系为基础;态则是后者则是以神经通路的“暂时联系”为基础。条件反射高于无条件反射,但条件反射的世代积累和重复,又可能化为无条件反射。因此借助于无条件反射链索所形成的动物本能活动,是由遗传机制决定的。而复杂的条件反射和广泛的“暂时联系”的形成,则是动物感受性和心理活动的前提条件。

这是因为,条件反射使本来没有生物意义的“中性”刺激物,因与生物学意义的灵活结合,而成为反映的对象。在高等动物那里,自然界万事万物的变化和现象,只要与某种生物学的意义相结合而多次作用于它们,都能成为有意义的“信号”。因此,周围环境就能给动物提供大量的信息,以资加工和利用。同时,由于动物中枢神经系统的相关发展及分析和综合能力的提高,动物的心理活动就随之产生和发展。

动物心理活动的历史发展,表现为从感受性中发展出感觉,知觉、表象和自觉意识的萌芽等反映形式。

动物的感觉作为动物心理发展的低级阶段,也具有视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉和本体感觉等多种类型。通常在一种动物身上,是几种感觉相互伴生、相关发展、相互为用的。但就多数动物而言,其中视觉又是最基本的。

研究表明,动物的视觉器官和神学,是从单细胞动物对于可见光的弥散的感应作用中发展起来的。在多细胞动物身上进化出了光感受器和不断完善的眼。已有材料证实,原生动物和海洋无脊椎动物,虽然已经有了亮度的辨别能力,但还没有对形状和色彩的感觉。这种感觉在节肢动物那里开始发生,但只有进化到了鱼类、鸟类和灵长类等高等动物那里,才有发达的视觉。

视觉不是动物是否具有感觉能力的唯一标志。感觉能力是一个综合性的概念。一般认为,蠕虫类已经开始有了感觉。例如蚯蚓,尽管它没有发达的神学,但触觉很敏感。它可以依据发达的触觉和不发达的视觉及其他感觉能力相结合,在泥土中和地面活动,在实验中能够通过“T”型迷津。感觉在节肢动物,特别是在脊椎动物身上,得到比较综合的发展,并在这个基础上进化出了知觉。

应该指出,现有多数具有感觉能力的动物,几乎都由于生活方式的种族定型,一般都朝某个特化方向畸形发展。例如,从进化的梯级序列看,哺乳动物比节肢动物中的昆虫在类型上要先进得多。一些昆虫由于进化出了由千万个子眼构成的完善的复眼,因而对色彩的视觉较为发达,有的还能感受紫外光和偏振光。但哺乳动物中除灵长类和人类外,大多数各类都是色盲。动物感觉能力的这种特化,堵塞了它们进一步向高级反映形式发展的道路。只有那些在感官的结构和功能上,得到比较协调发展的动物,才能进化出比较发达的知觉的反映能力。

感觉是对被反映对象的个别属性的反映,而知觉则是在各种感觉的基础上把善于对象个别属性的反映综合为完整的映象。由于知觉是较感觉更为复杂的信息反映过程整合的产物,是一种较高级的心理活动,所以只能从动物的活动方式和行为特征来判断其神经中枢的复杂的整合功能,即知觉能力的存在和发展。蜜蜂的“舞蹈通讯”、鱼类的回游、鸟类的迁飞和河狸的筑巢等复杂的活动,都证明了知觉能力已达到较高水平。

蜜蜂的“舞蹈通讯”和采蜜,活动于广阔的空间地域。它具有较为精细的关于视觉深度和视角方向的知觉,具有辨别客体形状和色彩的知觉能力,能在空间上定向和长距离地采集与往返。实验证明,蜜蜂具有对四色和紫外线的视知觉,能够辨别多条纹图形在方位上小至10度的差别。很多动物都具有类似蜜蜂的这种知觉能力,这从它们所进行的惊人的建造活动、伪装和护幼等复杂和完善的本能行为中,即可验证。

在鱼类和鸟类那里,知觉能力有了进一步的发展。一些鱼类在千里江河和海洋里作季节性回游,鸟类年年作洲际迁飞,表明它们具备了较发达的知觉反映能力。事实证明,鱼类都有较精细的视知觉、触知觉和运行知觉。它们大都能辨别五种颜色,能辨别物体的形状和大小,能辨别物体的快速运动,即能把善于对象的反映综合成完整的映象。鸟类的知觉水平,比鱼类、两栖类和爬虫类高得多。鸟类不仅有敏锐的视知觉,而且有较发达的听知觉,有的还能感知地磁和地球运动的科里奥力。鸟类正是凭着这些较发达的感知能力,来筑成精致的鸟巢、感知乃至模仿复杂的声音,在广阔的地域觅食和大范围的空间定向。

至于哺乳动物,这是人类的近亲。由于它们脑中新皮质区有了较大发展和活动方式的复杂化,它们对于环境对象的感觉和知觉能力,发展到了仅次于人类的高度。不仅一些具有复杂心理活动的家养动物,能同人进行某种程度的合作和情感交流,而且一些野生动物同样也表现很高知觉能力。

动物基于感受性由感知觉向更高反映形式的发展,是动物活动方式的复杂化和大脑进一步完善的结果。在动物界,智力进步的基本方式是本能行为的缓慢进化,与此同时,学习能力、个体经验和悟性的机巧,也有了一定发展。恩格斯曾指出:“整个悟性活动,即归纳、演绎以及抽象……,对未知对象的分析(一个果核的剖开已经是分析的开端),综合(动物的机灵运作),以及作为二者的综合的实验(在有新的阻碍和不熟悉的情况下),是我们和动物所共有的”。应该说,这里说的动物有“悟性活动”能力,以及“分析”、“综合”、“归纳”、“演绎”和“机灵的动作”等能力,当然不是指运用概念所进行的思维,而是动物实际动作的智力体现。这是行动中的悟性,是直观表象和运作性的思维。也就是巴甫洛夫所说的动物的“具体思维”或“手的思维”。准确地说,这是自觉意识和思维的萌芽。

简单来说,要搞清产生homochirality的原因,要解决几个问题:“第一,弄清生物起源的环境;其次,自发产生手性的原因;最后,手性的放大。”


有人认为,生命诞生所需要的有机物是来自外太空,例如彗星和小行星等.而手性自发产生的原因有:1. Circular Polarization:在外太空,在红外波段强烈的Circular Polarization可能会诱导太空中的有机分子产生手性不对称,而这些分子会被彗星,星际尘埃或者流星带入地球。这可能是homochirality产生的原因。2. Chiral autocatalysis:有机化学家认为,Chiral autocatalysis至少也是原因之一。证据是,在实验室中发现,通过autocatalytic crystallization或者asymmetric autocatalysis,用没有手性的前驱体可以合成具有手性的化合物。

最后,是手性的放大,例如,在一块掉落在澳大利亚的陨铁中,发现了一些奇怪的氨基酸,具有少量的手性。作者认为在溶液中,这种轻微的手性可以被放大,因为左旋的比外消旋的溶解度大。

对于生物体系来讲,要处理两种镜像分子就必须要进化出两套不同的酶系统,非常冗余,没有经济效益。要知道,食物链不仅传递能量,还传递氨基酸。如果捕食者吃到的氨基酸不能用来构造自己的蛋白质,不仅无用,而且很可能有害。因此可以这样认为,假如S和R两种氨基酸同时存在的话,那么生物界只会选择其中一种。至于选择哪一个完全是随机的,假如S氨基酸数量多,那么S就被选择。假如R的数量多,那么R就被选择。谁的数量多,就取决于有机分子形成时的随机概率了。假设一个亲核取代的反应:原来的分子里,中心的C是镜像对称的。但是OH-可以取代两个氯原子之一,形成S和R的分子。统计上来讲,当然是50%-50%的概率。可是从微观上来讲,两种分子的数量一定有细微的差别。在生命的发展过程中,一旦其中一种分子有细小的数量优势,很可能就导致另一种被灭绝了。

这个道理和汽车靠左还是靠右一样。一个交通体系内只能容许一种方向,但是英国和法国却可以选择不同的标准,因为是相互隔离的体系。同样我们也可以相信,在宇宙的某个角落,或是某个平行宇宙的地球上,有个生命体系是用R氨基酸构成的。



关于不同构像的手性异构体核磁共振信号是否有区别。
核磁共振技术是很重要并且很有用的检测技术。最常见的有核磁共振氢谱和碳谱,当然也有N P等等其他元素的信号。
手机打字不赘述详细原理,大致是在溶剂中目标分子每个原子所处的化学环境不同。也就是说,周围原子对目标原子的电磁屏蔽效果各有差异,所以能将其信号分离开来。在氢谱的发展过程中,旋光异构氢曾经是难题。但是现在已经不是了。高分辨率核磁和二维核磁的发展已经解决了这个难题。而对于碳谱,旋光异构碳早已不是问题。
首先澄清几个概念。
手性 chirality:手性描述了两种物质之间具有人类左手和右手之间的关系,手性分子须具有一个镜像的不可重叠的构像。以碳原子举例,如果碳原子,称为中心碳原子相连的四个原子或基团都不相同,称这个碳原子为不对称碳原子。分子中特定的碳原子的手性用RS来表示。具体命名请参照命名法。手机打字不赘述。
旋光性:d或l,假设光线对观察者射来,分子将平面偏振光顺时针旋转,称为d形。旋光性也是仪器对手性最直接的测量。
左手或右手征:D或L形,和小写dl不同。以甘油醛分子为模型,命名方法为CORN 法则。
澄清几个概念之后,再来看问题。题主问问题有点模糊。以上几种概念都可以产生左手还是右手的问题。
如果讨论的是氨基酸中心碳原子的手性,那么结论是:
绝大多数氨基酸都是s手性,除了半胱氨酸。
如果讨论的是旋光度,很遗憾告诉你dl两种氨基酸在生命体内大量存在。而且一般不用dl来界定左手性和右手性,因为旋光度作为一个直接测量的数据,可以不针对特定分子,通常有多个信号叠加。
如果讨论的是DL,那么生命体中由DNA转录来的蛋白质,大多只含有左手性氨基酸,而又酶生成,或者是功能性的蛋白质,大多由右手性氨基酸组成。
ps:不仅只有碳原子,氮原子甚至其他原子,都可能有手性中心。
好,了解了基础,我们再来解释一下为什么左手性和右手性分子会被进化区分开来。
首先,手性分子不同构像对偏振光的反应不同,通常情况下,在NMR测试,CD测试和其他几种仪器的信号也不同。光线对于进化中分子手性区分有很大作用。在合成中,左手性对光能量的吸收和右手性不同。如果只存在单一能量的光源,例如xray gamma ray,单一手性的分子会被选择性合成。
其次,生物进化中,生物体内各种分子的结构越来越复杂,功能越来越专一。功能分子被要求只能和特定的一种几种分子响应。于是手性分子就被选择性分离出来。举例,握手的时候,左手握左手,右手握右手。
最后,个人认为果壳这类鸡汤文没什么技术含量。单一的以一些经不起推敲的例子来说明问题,只能是科普问的失败只做。

为什么构成生命的分子统计上具有高度不对称性?
答:有人认为,生命诞生所需要的有机物是来自外太空,例如彗星和小行星等.而手性自发产生的原因有:1. Circular Polarization:在外太空,在红外波段强烈的Circular Polarization可能会诱导太空中的有机分子产生手性不对称,而这些分子会被彗星,星际尘埃或者流星带入地球。这可能是homochirality产生的原因。2. Ch...

为什么构成生命的分子统计上具有高度不对称性?
答:我猜想早期的核酶(化学组成为RNA)作为一个特殊的长链分子,可能有某种属于凝聚态化学研究范畴的机制,在全分子层面放大这些稳定性差异,使D—RNA与L—RNA长链之间的物理稳定性有足够大的差异,并且影响到分子长链中每个手性位置,尤其是在不发生碱基配对,而直接与NH3或H2O接触的柔性区域。两组构象组成的核...

为什么说核酸和蛋白质是构成生命的大分子? 能具体一点伐...老师说...
答:核酸和蛋白质都是大分子,分子量一般在1万以上,所以说他们是构成生命的大分子.

生物为什么是由大分子组成?
答:生命现象是一个非常复杂的过程,而这些复杂的过程中需要具有各种能力的物质去完成,大分子的复杂结构和多样性的特点在一定程度上满足这个要求。其实说生物是由大分子组成是不准确的,其中一些小分子也起着不可缺少的作用!

为什么生物都是由非常复杂的分子组成的
答:分子,原子,夸克,最小的是夸克。组成生物的是组织,组织是由细胞构成的,细胞是分子构成的。地球上所有的物质都是分子构成的,细胞是其中之一,只是细胞能组合成组织,从而构成了生命

有生命的物体是不是由分子构成?
答:有生命的物体是由分子构成。要不怎么有分子生物学呢?生命的基本单位是细胞,是因为细胞是生命活动的最小的体现者,病毒也要侵入细胞后才表现出活性。当然细胞可以再分为分子,但分子不是生命活动的基本单位。

根据细胞的主要生物大分子元件组成谈谈你对生命起源的认识。
答:所有的生物大分子都依赖于C元素形成的碳链骨架,这是由于碳可以形成四个共价键,是所有元素中可行成共价键最多的,它可以连接成链、环等,形成大分子的基本结构。在所有活细胞中含量最多的元素是氧,这是由于水是细胞内含量最多的化合物。综上所述,生命起源于一个含有CO2 H2O 和N2的环境中,而原始...

请问为什么生命大多由有机物组成
答:有机物主要有碳氢氧等小原子构成.碳原子体积小,可形成共价键多,因此容易合成复杂的大分子结构.相比之下,其他族的原子无法形成这么多共价键,所以不容易出现大分子.硅则因为体积较大,键能较低,所以理论上虽然可以近似于碳,但还是差了一点."生命"可以有复杂的功能,所以必须要有复杂多样的分子、离子等才能...

自然界的物体都是由分子组成的,为什么细胞表现出生命特征
答:这是因为分子构成的物质不同。因为细胞内有一套储存遗传信息的系统,即核酸系统,分为DNA和RNA,DNA中储存着各种信息,你鼻子长什么样,男性还是女性,DNA系统中全部包括了 除了储存系统之外,还有一套表达系统,即DNA可以通过一系列的酶反应,指导合成蛋白质,也就是“长大”.人之所以会长大,是因为食物消化后会...

生物细胞分子的组成成分
答:因此,生物体内最重要的大分子物质是DNA、RNA和蛋白质。由生物大分子和有关生物分子与无机分子或离子共同构成生物机体不同层次的结构;生物大分子之间以及与其他分子之间的相互作用决定了一切生命活动。概括地说,核酸(主要是DNA)是生命的操纵者,蛋白质是生命的表现者,糖和脂肪是生命的能源物质,磷脂是生物膜的结构基础,...