研究人员观察到由紫外线引发的非生物肽键形成

分子簇是通过相对较弱的力非共价结合在一起的分子聚集体。当这些星团被激发时，通常人们会认为星团会简单地分裂开来。然而，一个有趣的问题是，是否可以找到一种方法，在团簇蒸发之前将团簇内的分子连接在一起，并在它们之间形成化学键。

这一过程称为簇内键形成 (ICBF)，近年来已被讨论为星际介质中复杂分子形成的机制，以及形成生命进化所需的复杂生物分子的一种方式。例如，一个簇内的氨基酸之间能否形成肽键?如果是这样，这种机制可能有助于理解第一批肽和蛋白质的非生物形成。

研究最广泛的氨基酸簇是丝氨酸，因为它们具有非凡的特性，例如它们倾向于形成恰好包含八个分子的神奇簇。这些研究引发了很多关于丝氨酸簇在生命起源中的作用的猜测。然而，尽管进行了数十年的研究，但尚未观察到这些簇内的键形成。

一项由以色列 Bar-Ilan 大学的 Toker 小组领导的研究观察到肽键在含有四种丝氨酸二肽的簇中形成，这些丝氨酸二肽因碰撞而升温。然而，他们没有发现丝氨酸簇中发生相同过程的证据。在那项工作中，他们得出结论，如果两个丝氨酸分子可以结合在一起形成二肽，那么下一阶段的聚合可能很容易发生。

由 Toker 小组领导的一项新研究，与卡昂大学的 Patrick Rousseau 小组、马德里大学的 Sergio Diaz Tenderro 小组和 SOLEIL 的 Laurent Nahon 小组合作，提供了这样一种机制。

“光化学的梦想是利用光来驱动不太可能发生的化学反应。目前的实验展示了这种过程的一个很好的例子，”巴伊兰大学物理系的 Yoni Toker 教授说。

该实验是在 SOLEIL 同步加速器中的法国 DESIRS 光束线上进行的，它提供了将真空紫外区域的可调谐单色光与基于离子阱的质谱仪相结合的独特机会。这允许人们产生和选择感兴趣的簇，用同步加速器光照射它们，并测量产生的碎片。此外，人们可以进行更复杂的实验，其中碎片被质量选择，然后碰撞激发。“我们希望看到大丝氨酸簇中键形成的一些证据，例如神奇的八聚体，”托克实验室的 Ori Licht 和该论文的第一作者说。“但我们惊讶地看到键形成发生在仅包含两个吸收紫外光子后的丝氨酸分子。我们甚至能够使用 MS 3测量来确认我们观察到的碎片确实是簇内键形成的产物。”

通过将丝氨酸二聚体的测量值与丝氨酸二肽的测量值进行比较，研究小组发现了令人信服的证据，证明已经形成了肽键。这些测量得到了马德里大学 Sergio Diaz Tendero 小组进行的最先进的量子化学计算的补充。他们设法计算了簇的激发态动力学，并发现一些电子态朝着肽键形成的方向发展。“换句话说，我们的工作为最重要的生物物理反应之一如何通过吸收紫外线在分子簇内以非生物方式触发提供了实验和理论框架，”托克说。

生物分子的迷人之处之一是它们的手性——它们的手感。当在实验室中合成分子时，会产生等量的左手或右手分子。在生命系统中情况并非如此，例如，所有氨基酸都是左手的。在后续研究中，研究人员希望确定他们观察到的簇内键形成过程是否具有手性偏好：左手分子与其他左手分子的键合更好，还是它们更喜欢与右手分子键合?

目前的研究最近发表在德国化学学会期刊Angewandte Chemie上。

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