生命分子中手性的起源：对这个未解问题从有意识发展到当前理论和视角
The Origin of Chirality in the Molecules of Life: From Awareness to the Current Theories and Perspectives of this Unsolved Problem
作者：Albert Guijarro
出版：ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY
ISBN: 978-1-83916-234-3
藏书地点：武大外教中心
一直以来都有科学家在研究手性的起源，并且提出了诸多假设，主流说法有两种：生命学说和非生命学说。生命学说认为手性源于生命，不对称分子必须且完全是通过生物体内有立体选择性的酶促反应产生的，没有生命体，手性物质也就无从谈起。而非生命学说则认为手性分子产生于生命起源之前，由于“手性性质的力”作用于消旋或具有潜在手性的有机底物时，通过绝对的不对称合成或降解过程产生手性分子。
生命必须的生物分子，比如氨基酸和糖都是手性的。它们以镜像对称的形式成对存在，但现代生命只选择了其中一种手性。生命中这种手性对称性破缺最初是如何产生的？几千年前人们就发出提问：“我们从哪里来?”“生命是如何开始的?”。至今，科学界仍然试图理解生命的起源。现如今，人们普遍认为，任何回答都必须包括对生物同手性（homochirality）的出现的解释，生物体内自然出现的生物分子具有特定的手性（对映体形式），如L-型氨基酸和D-型核酸。
直到1953年英国化学家F. C. Frank提出了不对称自催化的概念，科学家们才真正开始从实验的角度去探索手性的起源。该理论认为：生成的手性产物也是该反应的手性催化剂，使得这一对映体进行自我增殖。
1995年，日本化学家Kenso Soai 在《Nature》杂志上报道了一个令人震惊的反应：在嘧啶-3-醛与异丙基锌反应生成产物醇的过程中，如果加入少量低手性值的产物，生成的产物的两种对映异构体将出现明显的不对称过量，甚至远高于加入的产物的手性值。这也就是后来著名的 Soai 反应。
蛋白质和核酸是构成生命体极其重要的有机分子，而这些有机分子绝大多数都是手性的，并且几乎都以单一的构型存在。比如在人体所需的18种氨基酸中，除了甲硫氨酸和甘氨酸没有手性外，其余的氨基酸均为L型。而核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）中的核糖则全部为D型。蛋白质和DNA的螺旋构象都是右旋的，更有意思的是，海螺的螺纹和缠绕的植物都是右旋的。
在同手性的确定性理论中，一个统一的概念是手性偏倚（chiral bias）的存在，它打破了驱动分子形成的对称性，使得一种给定的手性多于另一种。这种手性偏倚以前被归因于圆偏振光、流体动力学和磁场，以及许多其他因素。最新研究通过提出涉及手性诱导的自旋选择性（chiral-induced spin selectivity，CISS）现象的对称性破缺，来解决这个古老的问题。
CISS 效应的一个核心特征，是电子自旋和手性分子的分子框架之间的耦合。电子有两种可能的角动量状态并以其中一种形式存在，通常被称为自旋向上或自旋向下。多项研究表明，一种自旋类型的电子能够顺利地通过由左旋分子组成的组合物进行传输，而另一种自旋类型的电子则不能。相反，当组合物由右旋分子组成时，自旋传输也会发生相反的倾向。手性分子的自旋偏好表现在电子通过分子的传输，或是两个手性分子之间的电荷交换，或是手性分子和磁化表面。
后一个例子构成这个猜想的基础，在假设和生命起源前的地球环境一致的条件下，电子自旋可以产生对映选择性（enantioselectivity），用于从非手性前体合成手性分子。他们的假设是有先例的，即磁化表面可以产生对映选择性和由非手性分子形成手性分子，其他人也考虑了 CISS 对生命起源的影响。由于手性的存在，使得同一结构的分子出现了不同的构型，在医药方面，两种不同构型的药物通常表现出不同的药效。
历史上非常有名的“沙利度胺(Thalidomide)灾难”就是由于两种构型不同的药物作用不同而导致的悲剧，也是现代医学史上最大的灾难。1960年左右，许多国家都出现了大量四肢畸形的婴儿，有学者进行了流行病学调查后发现，新生儿畸形的发生率与药物沙利度胺（商品名为“反应停”）的销售量呈一定的相关性。
尽管科学家一直在研究沙利度胺的致畸原理，时隔近60年后，才真正解开这个谜团。原来，沙利度胺有两种光学异构体，其中R构型是安全无害的镇静剂，而S构型则有致畸性，在孕初期的三个月会对胎儿的四肢发育产生影响，造成出生的婴儿四肢短小形如海豹。这次事件之后，手性化合物引起了全世界的高度重视。2010年版《中华人民共和国药典》中记录的手性药物就有约 440 种，其中有明确手性构型要求的有 319 种，占全部手性药物的 72.5%。在2019年世界畅销的前 20 种药物中，手性药物就有 14 种。目前正在开发的药物中超过 2/3 的药物是手性药物，而这些药物中可能只有左旋或者右旋的药才具有治疗作用，而另一半却可能具有副作用。
除了手性药物，手性农药及手性材料都被逐渐合成，开始在相关领域造福人类，根据2020年德国慕尼黑工业大学的相关研究，在不久的将来，手性物质将会在食品科学方面发挥重要的作用。
《生命分子中手性的起源：对这个未解问题从有意识发展到当前理论和视角》一书于2022年由ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY出版，作者为Albert Guijarro。
《生命分子中手性的起源：对这个未解问题从有意识发展到当前理论和视角》一书，作者展现了生物化学和生物物理学研究领域中关于生命分子中手性起源的一些最新研究，讨论的主题主要包括手性的概念，生物分子同手性起源理论，手性物理，力扩增机制，自发对称破缺，其他局部决定论理论，宙的内在不对称性。
《生命分子中手性的起源：对这个未解问题从有意识发展到当前理论和视角》是生物学实验室不可或缺的工具用书，适用于生物化学和生物物理学等相关专业的研究生和研究人员高年级本科生、研究生，也可作为教师的教学和科研参考书，亦可对医学、肿瘤学和物理学的研究生和研究人员有用。
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3.这本书将各种理论组织起来，相互关联，并以统一的方式进行解释。它是基础的、全面的、结构化的，便于教学使用。
总的说来，《生命分子中手性的起源：对这个未解问题从有意识发展到当前理论和视角》一书为想要了解物理与宇宙尺度上生命分子手性的起源的人员提供了清晰的导读路径，作为生物化学和生物物理学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录：
第1章
简介及历史背景
第2章
手性的概念
第3章
生物分子同手性起源理论
第4章
手性物理力
第5章
扩增机制
第6章
自发对称破缺
第7章
地球之外：陨石和彗星
第8章
其他局部决定论理论
第9章
宇宙的内在不对称性：时间的绝对方向，电荷的绝对符号和绝对手性
主题索引
胡萌欣 武汉大学生命科学学院 博士