发现分枝磷酸盐打破规则的稳定性意味着重新评估它们在生物起源化学中的作用

科学家们首次合成了被称为超磷酸盐的分支磷酸盐,发现它们在水中可以稳定长达数天——尽管1950年的反分支规则有不同的规定。

聚磷酸盐由四面体磷酸单元PO组成4,由氧原子连接。它们可以是线性的、分支的或循环的。线状聚磷酸盐三磷酸腺苷,ATP在所有生物体中都存在,并且已经得到了很好的研究。然而,与化学相关的超磷酸盐的性质和反应性仍然未知。

显示超磷酸盐合成的图像

来源:©Tobias Dürr-Mayer等2021

超磷酸盐是通过简单磷酸盐与三(二乙基氨基)磷化氢偶联,然后氧化制成的

自20世纪50年代以来,化学家们一直声称“超磷酸盐在水中溶解时会自发地快速水解”,尽管缺乏超磷酸盐的合成和实验数据,他说托拜厄斯Durr-Mayer来自德国弗赖堡大学。这种所谓的反分支规则指出,超磷酸盐在水里是不稳定的,因为分支会水解,而且它们比循环结构或线性结构衰减得更快。

但由Dürr-Mayer的同事领导的团队得出的结果亨宁安杰森现在,我们对这一几十年的规则提出质疑,因为短链超磷酸盐在水中可以稳定数小时到数天。

杰森说:“我想说,‘反分支规则’这个名字已经是问题所在了。”“支链磷酸盐确实会水解,但酯类也会水解,而且还没有人推导出反酯类规则。”虽然早期的综合在含有环状单元的支链磷酸盐中,需要环状磷酸盐底物,这是第一次合理合成了定义的非环状超磷酸盐,使用简单的单磷酸盐作为起始材料。

他说:“这真的是一项杰作。吉姆莫他在密歇根大学医学院(University of Michigan Medical School)研究生物系统中的聚磷酸盐。“多年来,人们一直认为这些分支聚磷酸盐可以形成,但它们在水中极不稳定。这项研究表明,事情远比这复杂。”

使用超磷酸盐显示益生元合理磷酸化反应的方案

来源:©Tobias Dürr-Mayer等2021

超磷酸盐可能在产生第一个RNA和DNA分子的生物前反应中发挥了重要作用

现在这些分子可以被合成,该团队正试图在自然界中找到它们,并从生物来源中提取它们。Dürr-Mayer解释说:“目前浓缩磷酸盐用于分析的方法是不合适的,因为它们都适用于加速超磷酸盐衰变的条件。”“如果能在生物学中发现这些分子,我们会非常兴奋,这将开辟一个全新的研究领域,”耶森补充道。

发现超磷酸盐出人意料的稳定性也对生物前化学产生了影响,该化学研究了40多亿年前地球上的生命是如何开始的。磷酸很可能是形成第一代RNA和DNA分子骨架的重要组成部分。水稳定的超磷酸盐可以作为亲核试剂的磷酸化剂,包括氨基酸和核苷。