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肽链的前生物合成（上）
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简单的有机合成在地球形成之初就开始了，所形成的简单低相对分子量有机物与地壳表面的水体作用，形成含有机化合物的水溶液，在某些火山活动区域有可能形成浓的溶液。这些稀的和浓的溶液最后汇集到大的水体或原始海洋中。这就是现今流行的观点：生命起源于早期地球“温暖小水池”的“有机汤”中。根据这一观点，我们可以推想，汇集到一起的生物小分子(单体)，经过彼此的相互作用，可以形成蛋白质、核酸等生物大分子(聚合体)。但单体变成聚合体必须经过脱水缩合，而在原始海洋中进行脱水缩合显然是个很大的难题。关于氨基酸缩合成多肽，目前的假说很多，具体概述如下。
氨基酸的热缩合成肽
美国学者S.W. Fox等认为原始海洋中的氨基酸可能被冲到火山附近的热地区，通过蒸发、干燥和缩合等过程而生成类蛋白，类蛋白若被冲回到海洋，就可能进一步发生其他反应。他们的依据是：在进行无水的情况下加热多种氨基酸的混合物的试验时，发现若混合物中有一部分是酸性或碱性氨基酸，那么只要在无水状态下对混合物加热至170℃左右几个小时，就会形成一类分子量几千至上万的聚合物，即类蛋白。在较低的温度下只需延长加热时间，类蛋白也可产生；在有磷酸或聚磷酸的情况下，加热温度还可降至60℃。
类蛋白含有现代生物中常见的20种氨基酸，不过与现代蛋白质在结构上有一定的差异（氨基酸之间是非肽键连结）。类蛋白具有一些可与蛋白质比拟的性质，如氨基酸排列顺序的非随机性，氨基酸组成的特异性，与蛋白质相似的染色反应特性，类似某些酶的催化特性，类似某些激素的活性，能选择性地和其他大分子相互作用。由于类蛋白具有这些性质，再加上它们很容易自发形成，因此有理由认为类蛋白是现代蛋白质的前身，在生命起源的过程中可能起着重要的作用。
在Fox的实验里，他采用了过量的酸性或碱性氨基酸以及较高的反应温度，这些附加条件在原始地球上能否实现，我们不得而知。Saunders和Rohlfing以模拟前生物合成得到的氨基酸比例和来自外太空（如月球，陨石）的氨基酸比例，进行氨基酸热聚合，发现产生高分子量聚合物。Rohlfing还发现在65，75，85℃下氨基酸也能发生聚合，这表明氨基酸的热聚合在因撞击事件导致的原始地球高温条件下普遍发生着，而不是过去认为的只发生在局部高热区（120-200℃，如火山附近）。实验证实不断波动起伏的环境更有利于氨基酸的热聚合。
缩合剂参与的氨基酸成肽
无论是在热力学上还是在动力学上，氨基酸分子之间的脱水缩合成肽反应都是很难发生的，需要跨越一定的能垒。这一过程需要借助外源能量（如上述的热聚合），或者借助第三方试剂降低该能垒。一些缩合剂能够做到这一点。
N，N’-羰基二咪唑 上世纪70年代末，Orgel 就发现N，N’-羰基二咪唑（CDI）能与氨基酸的氨基生成酰胺，进一步反应会得到2-氧-1，3-氧氮戊杂环的酸酐结构，该结构不稳定，开环后与另一分子的氨基酸缩合成肽（图1）。CDI能选择性的活化α-氨基酸，Orgel以已知肽链为引物，发现经CDI活化的氨基酸能连接到肽链上，实现链增长，不同对映异构体反应表明L型引物和L型氨基酸更易脱水缩合。中科院生物物理所王孔江的实验显示NaCl的参与能明显促进CDI诱导的氨基酸聚合。
图1 CDI诱导的氨基酸缩合成肽反应
氰化物 最早阐述氰化物及其聚合体在生命化学进化过程的作用的是Matthews和Moser。他们发现HCN的链状聚合物经异构化后水解能得到包括至少12个α氨基酸的肽链。而首先发现氰化物能作为缩合剂促进氨基酸缩合成肽的则是Calvin和Ponnamperuma。原始地球条件下，氰胺及其二聚体双氰胺能够通过紫外辐照氰化物稀溶液得到，也可以通过电子辐照甲烷，氨和水的混和气体得到。生成的双氰胺能促进氨基酸，如丙氨酸，反应得到二肽和三肽。Ponnamperuma发现基于甲烷，氨和水的放电在产生氨基酸的同时，会得到一些小肽，他推测这些小肽是由于中间产物氰化铵，HCN四聚体或者氰胺参与反应而得到的，机理如图2。
图2 双氰胺诱导氨基酸形成肽键
此外，像聚磷酸，火山喷发的SO2，N,N’-二环已基碳化二亚胺作为缩合剂，参与氨基酸缩合成肽都有报道。
缩合剂从纯化学角度来讲，确实能够参与并诱导氨基酸缩合成肽。但是，在生命的化学进化角度上，还得考虑它们在原始地球上存在的可能性和量的多少，以及其发生反应的条件。像上面提到的CDI和氰化物，既然它们很容易与氨基酸结合并反应，说明它们自身很不稳定，不易大量单独存在，即使存在也很容易与其它氨基化合物反应。聚磷酸易水解并与一些离子形成沉淀。此外，一些缩合剂与氨基酸反应的强酸或强碱性条件在原始地球上也很难普遍出现。
待续......
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