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4.12 : 自然界中的手性

手性是自然界中一个独特且关键的现象,控制着生命的生化过程及其精确性。 从宏观世界中的蜗牛壳图案到生命最微小的组成部分氨基酸,都可以观察到它。 世界上大多数蜗牛的壳呈右旋卷曲,因为它们的基因中存在内在的手性。 除甘氨酸(唯一的非手性氨基酸)外,人体中存在的所有氨基酸均以对映体纯态存在。 氨基酸的手性对天然蛋白质和酶的对称性及功能具有重要影响。 人类胰凝乳蛋白酶有 268 个手性中心,如果每个氨基酸以任一对映体形式存在,那么理论上可以形成以 2268 种可能的构型。 然而,手性的存在决定了胰凝乳蛋白酶只能以单一手性形式作为选择性消化酶。

生化反应中的另一个关键现象是,由于其手性,大多数酶仅与一种对映体发生特异性相互作用。 这种对映选择性就像锁和钥匙机制的一样,只有一种对映体能够与酶的结合位点匹配。 这一现象在药物设计领域具有重要意义,因为每种对映体可以引发不同的生理作用。 大约五十年前,药物沙利度胺因用于治疗孕妇的妊娠反应而引发了一场灾难。 此后,科学家开始系统性地研究和确定每种药物中各对映体的特性,以避免类似事件重演。最有趣的是,手性这一现象不仅存在于微观世界,还延伸至宏观世界。 巴斯德在发现旋光性和分子手性之间的关系后,推测自然界的基本力也可能具有手性。 现在,这一推测已被证实,基本粒子间的弱相互作用确实能够让宇称对称性(parity symmetry)失效,在整个宇宙中展现出手性的存在。。

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ChiralityNatureBiochemical ProcessesSnail ShellAmino AcidEnantiomerGlycineProteinsEnzymesHuman ChymotrypsinEnantioselectivityDrug DesignThalidomide

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