4篇 Science + 1篇 ScienceAdvances：探究神秘的起源

一、前言

手性，又称手征性，听起来贴切却又无比抽象的一种性质，广泛的存在于自然界。人体中的氨基酸都是L-构型的，糖类都是D-构型的，这也证实了手性对于生命之重要。毫不夸张地将，手性涉及到生命的起源和演化，探究手性的起源，也是探究生命的起源。遗憾的是，目前对于手性起源的研究尚不清楚，但是这并不妨碍我们从个别研究中去窥探一二。本文选择了五篇（4篇Science + 1篇ScienceAdvances）有关手性起源的研究论文并做了简要的介绍。

二、文献分析

文献1：从等离子体纳米颗粒-蛋白质复合物中揭示手性的起源

蛋白质与纳米颗粒的相互作用可以增强圆二色性信号。作者应用单粒子圆微分散射光谱结合电子成像和模拟，识别了手性蛋白质诱导的等离子体分子聚集体的结构手性和等离子体分子耦合圆二色性。结果显示，手性聚集体和非手性组装体的粒子间隙中的少量蛋白质起着重要的作用，但单个纳米颗粒不起作用。作者进一步发现，该蛋白质起到两个作用：它将手性传递给手性等离子体基片，并且还负责纳米棒的手性三维组装。

作者还分析了平行和非平行纳米棒二聚体和三聚体的圆差分散射（CDS）光谱。只有约60%的平行二聚体和三聚体具有CDS活性，而近85%的扭曲组装体显示CDS活性。由于完全平行的二聚体和三聚体很少或没有结构手性，间隙空间中白蛋白的等离子体增强二色性（称为热点）是这些纳米结构中CDS的原因。相反，具有结构手性的非平行二聚体和三聚体显示出更强的CDS活性。

DOI: 10.1126/science.aax5415

文献2：纳米棒组装中手性光学活性的起源

手性结构不会叠加在它们的镜像上。单个无机纳米粒子及其组装体中基本水平的手性起源是相似的生物大分子及其纳米级复合物。手性材料可以旋转入射光的偏振轴。从生物传感到三维显示的多种技术都需要这种能力。Kim和Kotov对文献1中Zhang等人的观点进行了深入的总结和讨论。作为几何单元的组装体的纳米尺度手性和位于粒子间间隙中的分子的手性对这些纳米结构的CDS贡献最大（见图1）。

图1. 偏振光与金纳米棒蛋白复合物相互作用。

纳米棒蛋白质复合物以不同的光偏振散射光，导致左右圆偏振光之间的强度变化。通过CDS光谱测量差异，这种变化要么来自整个复合物的几何形状，要么来自卡在纳米棒之间的蛋白质（热点手性）。覆盖在蛋白质中的单个纳米棒不具有CDS活性，对偏振光的整体强度变化没有贡献。

重要的是，Zhang等人还通过实验和理论证明，这两种主要贡献的手性等离子体活动可以相互补偿纳米棒组件的某些几何形状，因为它们会在相反方向旋转光的偏振。尽管Zhang等人令人信服地确定了纳米棒组件不同亚群对手性光学活性的贡献，但这些发现引发了后续问题。由于白蛋白在间隙中的位置很难确定，因此如何从工程纳米组件的结构和热点手性协同增强可能是需要考虑的问题。阐明了等离子体振荡的横向和纵向模式对纳米棒组件的总手性光学活性的定量贡献也是非常必要的。在这个方向上的下一步以及在期望频率下具有高极化旋转的纳米棒组件的路径还需要解决关于组件的结构参数影响的耦合差异的问题。

DOI: 10.1126/science.aay7776

文献3：DNA折纸胆甾相手性形状波动和手性起源

溶致性胆甾相液晶在生物和合成聚合物溶液中普遍存在，其特征是热涨落与熵力和焓力之间的复杂相互作用。阐明微观特征和宏观手性结构之间的联系仍然是一个热门问题。在这里，作者提供了先前未确定的溶变液晶中手性放大机制的理论证据，即相手性是由其组成分子构象中的波动稳定螺旋变形控制的。研究结果与最近对DNA折纸组装的实验研究进行了有利的比较，并证明了分子内力学对手性超分子秩序的影响。

DOI: 10.1126/sciadv.aaw8331

文献4：碲纳米晶体中的手性转移链

尽管对具有手性形状的晶体进行了持续和广泛的观察，但它们形成的机制尚不清楚。尽管过去的研究表明，手性形状可能是由于手性添加剂存在下的结晶，或者由于晶体结构的内在趋势而形成的，但在许多情况下，这些解释并不合适或未经测试。在这里，作者对模型碲纳米晶体的研究提供了对晶体结构和形状之间手性转移链的见解。结果表明，这种转移是由螺旋位错介导的，形状手性不是手性晶体结构或配体的结果。Ben Moshe等人表明，动力学决定了是否形成手性碲（Te）纳米晶体（见图2）。

图2. 手性和非手性晶体。在中等过饱和（较慢的动力学）下，形成M（左手）和P（右手）晶体，如轮廓区域所示（图上部）。较高的过饱和度形成对称晶体（图底部）。

通过这种方式，螺旋位错也介导了两个层次之间的手性相关性。尽管手性配体在系统中不会产生手性形状，但它们会使两个镜像的数量发生偏差，导致一个镜像比另一个镜像更丰富，以及平均尺寸的差异。这表明手性配体在成核和生长阶段都不均匀地影响手性晶体的相反镜像。螺旋位错介导的生长已被研究与扭曲有关，但它很少被视为呈现手性排列的单晶习性的来源，因为生长中这些位错的特征很难识别。

DOI: 10.1126/science.abf9645

文献5：手性晶体形状是遗传的还是后天获得的？

自从巴斯德关于将外消旋酒石酸的钠铵盐分离为右旋和左旋晶体以来，已经探索了分子手性如何以及是否对手性晶体的形成是必要的。INNA POPOV对文献4中的Ben-Moshe 等人的工作进行了仔细的讨论和分析。像碲 (Te) 这样的原子也可以形成手性晶体，因为它们的化学键合可以产生右旋或左旋的螺旋，尽管这种螺旋也可以堆积形成非手性晶体。通过受控胶体合成和先进的电子显微镜，探索了手性 Te 纳米晶体形成的决定因素（见图3）。手性晶体在中等过饱和度下生长，显然是由晶核中的螺旋位错驱动的。

图3. 左手和右手螺旋：元素Te中的2.9 Å长键形成螺旋。

DOI: 10.1126/science.abh1213

三、总结

手性在自然界中广泛存在并且在多种学科种非常重要，涉及到生命的起源和演化。因此，探究手性的起源具有非常重要的意义。以上五篇文献从个别角度对于手性的起源进行了研究，虽然没有提出手性起源的某种通用的和普遍的机制，但是对于这一问题的研究起到了极大的推动作用，具有不可忽视的意义。