Auswirkungen der Paritätsverletzung auf die Molekularbiologie

In der Biologie taucht das Konzept der Parität im Zusammenhang mit chiralen Molekülen auf, bei denen zwei Moleküle mit derselben Struktur, aber entgegengesetzter Parität existieren. Interessanterweise überwiegt in natürlichen biologischen Systemen oft ein Enantiomer stark gegenüber dem anderen (z. B. D-Glucose ist allgegenwärtig, L-Glucose ist in der Natur selten).

In der Physik wurde festgestellt, dass schwache Wechselwirkungen die Parität verletzen, was (wenn ich das richtig verstehe) einen physikalischen Unterschied zwischen links- und rechtshändigen Systemen impliziert.

Daraus ergeben sich für mich folgende Fragen: Beeinflusst die Paritätsverletzung in der Physik die physikalischen oder chemischen Eigenschaften chiraler Moleküle? Und hat dies Auswirkungen auf unser Verständnis der biologischen Homochiralität?

Es gibt viele Beispiele, bei denen die Evolution im Wesentlichen zufällig zwischen zwei geometrisch unterschiedlichen Möglichkeiten wählt. Fische haben vertikale Schwanzflossen, während Wale horizontale haben. Die menschliche Netzhaut hat Nervenzellen auf der Vorderseite, während Weichtiere sie auf der Rückseite haben. Eine zufällige Wahl zwischen zwei Möglichkeiten erfordert keine Voreingenommenheit, die in die Gesetze der Physik eingebaut ist, es erfordert nur, dass die eine oder andere Möglichkeit durch natürliche Variation entsteht und dann erfolgreich ist. Unterschiede wie Menschen, die das Herz auf der linken Seite haben, erfordern Paritätsasymmetrie auf DNA-Ebene, aber nicht in den Gesetzen der Physik.
Martin Quack ist Chemiker an der ETH Zürich, dessen Forschung sich auf diese Möglichkeit konzentriert: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781118959602.ch18
@BenCrowell Diese Beispiele sind keine wirklich "zufällige" Wahl zwischen zwei gleichwertigen Möglichkeiten, es gibt historische Gründe für die Unterschiede (z. B. Wale, die sich aus Landsäugetieren entwickelt haben, deren Rückgrat für die Fortbewegung auf der Erde geeignet waren) und praktische Auswirkungen der beiden Alternativen (z. B. Menschen haben ein blinder Fleck aufgrund einer nach hinten gerichteten Netzhaut). Aber Ihr Gesamtpunkt ist richtig: Biologische Homochiralität impliziert nicht unbedingt eine physikalische Ursache, es ist lediglich eine faszinierende Möglichkeit.
Ein relativ neuer Artikel im Quanta-Magazin für eine scheinbar alte Frage: Cosmic Rays May Explain Life's Bias for Right-Handed DNA

Antworten (2)

Die Idee, dass es einen Grund dafür geben muss, dass alle terrestrische DNA eine Rechtsdrehung hat (oder D- vs. L-Glucose, oder was auch immer Ihr bevorzugtes chirales Biomolekül ist), geht den ganzen Weg zurück bis zur Entdeckung der biomolekularen Chiralität durch Pasteur .

Die Verbindung zur schwachen nuklearen Wechselwirkung ist offenbar als "Vester-Ulbricht-Hypothese" bekannt, nachdem sie mehr oder weniger unmittelbar nach der Entdeckung der Paritätsnichterhaltung bei nuklearen schwachen Wechselwirkungen zum ersten Mal in der Literatur aufgetaucht ist. Wie Emilios Antwort sagt, ist es eine interessante Idee, aber es ist schwierig, die Mathematik zum Laufen zu bringen, nur weil die schwache Wechselwirkung so schwach ist. Die Literatur scheint zwischen "hier ist ein Weg, wie die schwache Wechselwirkung mit biologischer Chiralität koppeln könnte" und "es gibt keine Beweise für diese Kopplung" hin und her zu gehen.

Eine Übersicht von Bonner (2000) schließt ab

Die Berücksichtigung aller Beweisführungen führt zu dem Schluss, dass es für einen solchen kausalen Zusammenhang keinen Anhaltspunkt gibt und dass die beiden Ebenen der Paritätsverletzung völlig unabhängig voneinander sind.

Aber das hat das Thema nicht geschlossen. Dreiling und Gay (2014) berichten, dass das Aufbrechen eines bestimmten chiralen Moleküls durch Elektronen eine kleine ( ∼ 10 − 4 ) Asymmetrie in der Elektronenpolarisation. Da schnelle Elektronen in der natürlichen Umgebung meistens entweder aus Beta-Zerfällen oder aus kosmischer Strahlung stammen (und die kosmischen Elektronen Sekundär- oder Tertiärteilchen sind, die beim schwachen Zerfall von Myonen entstehen), neigen Beta-Zerfallselektronen dazu, eine "linkshändige" Polarisation zu haben , ist dies die Art von Asymmetrie, die ein Enantiomer in einer präbiotischen Umgebung systematisch unterdrücken könnte. Vielleicht bringt das das Pendel zurück zu „vielleicht ist hier ein Weg“.

Um es klar zu sagen, diese Antwort ist weitaus besser als meine.
Vielen Dank! Ich suchte nach einer schwach erinnerten spezifischen Referenz für den Vorschlag aus den 1950er Jahren – ich erinnerte mich an etwas, das von Gardener oder Asimov oder Clarke geschrieben wurde – und anstatt ihn und eine Entlarvung zu finden, erfuhr ich den tatsächlichen Namen des Vorschlags und auch ungefähr die Zeitung von 2014.

Der Grund, warum die schwache Kernkraft „schwach“ genannt wird, ist, dass sie im Vergleich zum Elektromagnetismus und der starken Kernkraft eine minimale Rolle spielt. Im Allgemeinen tritt es nur wirklich beim Kernzerfall auf, und während es für das Auftreten von chiralen Grundzuständen von Kernen verantwortlich sein kann (siehe zB Warum sind birnenförmige Kerne möglich? ), ist sein Einfluss auf die Dynamik außerhalb des Kerns im Wesentlichen vernachlässigbar.

Es ist schwer, einen Ursprung der schwachen Wechselwirkung für die biologische Homochiralität vollständig auszuschließen, einfach weil wir letzteres einfach nicht verstehen, aber im Allgemeinen ziehen nur sehr wenige Menschen diese Möglichkeit ernsthaft in Betracht (zumindest ohne einige bisher unentdeckte Verknüpfungen). Mechanismus).

Auswirkungen der Paritätsverletzung auf die Molekularbiologie
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v