东京理工大学 硫代乙酸、硫醇和铁反应生成硫酯和硫化铁矿物
信用:塞巴斯蒂安·桑登，ELSI
所有现代生命都使用能量来自我繁殖
在这个过程中，生物体利用一组非常常见的活性中间能量载体分子来构建和分解较大的分子，如脂肪和糖
这些中间能量载体(例如，三磷酸腺苷)本身通常不是构建模块，但它们允许推进细胞繁殖所需的独立反应之间的能量耦合
这些化合物中的一类是硫酯，一种含有高能碳硫键的化合物
一段时间以来，研究人员推测硫酯可能是这种代谢反应中间体的最古老版本之一，部分原因是现代生物仍然使用硫酯来分解糖和从氨基酸中制造蛋白质
像硫酯这样的活性中间化合物是如何在生命进化之前，或者在早期生命刚刚起步的时候发展起来的，仍然是一个谜
东京理工大学地球生命科学研究所(ELSI)的研究人员的新工作表明，在一些现代火山气体中发现的一种简单化合物，一种硫代酸(一种由有机酸和硫化氢形成的化合物)，很容易与简单的含硫硫醇化合物反应，形成类似于现代生物学中发现的反应性硫酯
这种反应在水中很容易发生，并可能成为更复杂的生物化学进化的起点
在研究过程中，研究人员发现，当他们在反应中加入铁(地球上的铁含量很高)时，反应产物的产量就会增加
研究小组认为，这可能意味着多个反应之间的能量耦合，其中一个反应推动另一个反应前进，这可能源于非生物环境化学
值得注意的是，他们还发现反应的一个副产品可以用来制造所有生物都需要的第二种多功能能量耦合化合物:铁硫簇
这些是铁和硫原子的小聚集体，当它们将电子从一个分子转移到另一个分子时，有助于生物体的新陈代谢
这种使用亚铁簇途径的一个重要例子是光合作用，它将电子从水转移到二氧化碳，生成糖和氧气
因此，这项工作提供了一种新的理解，即随着早期新陈代谢的发展，高能分子和电子转移反应可能是如何自然产生的
虽然科学家们一段时间以来一直试图了解生命构成的起源，但很少有人试图了解能量转移是如何起源于益生元化学的
理解这种能量交换可能和理解积木的起源一样重要，所以ELSI团队决定寻找可以能量耦合的反应
第一作者塞巴斯蒂安·桑德恩说:“我们已经在研究硫化亚铁矿物，我们知道它们的形成是多么容易，所以我们想看看我们是否能把这些多余的浪费的能量与另一种反应联系起来
“他们最初研究的硫代酸含有硫，他们知道只有与铁反应才能生成他们已经在研究的硫化亚铁簇
硫通常与火山脱气有关，像这样的积累在新陈代谢的开始可能很重要
信用:肖恩·麦格林，ELSI
ELSI研究人员进行的实验和分析必须快速连续进行，以跟踪反应的进展
他们开发了这样做的技术，因此他们能够确定这些反应发生的速度
他们的初步硫酯制备实验没有他们最初希望的那么快，但是通过添加催化剂和提高温度，他们发现硫酯的最大产率在不到一小时内获得，而不是在进行这些改变之前的几天
该团队认为，特别令人着迷的是，这些反应可能会产生“级联反应”，从而产生越来越复杂的分子:丙酮酸分解，帮助形成硫酯，然后通过新发现的硫酯途径形成肽(蛋白质的较小近亲)
该团队希望接下来对此进行实验测试，并创建一个系统来增加它自身包含的组件数量，也许一直到自我繁殖
事实上，一些现代微生物在新陈代谢中使用丙酮酸分解和硫酯形成，这是由FeS簇辅助的，研究小组发现的反应可能概括了早期生物进化或生物进化是如何发现它们的
首席研究员、ELSI大学副教授肖恩·麦格林说:“这项工作为多种益生元反应成分之间提供了新的联系，这些成分可能对建立地球早期能量代谢至关重要
" 虽然这项工作可能会为自然发生的能量交换反应如何帮助启动新陈代谢带来新的曙光，但它对于绿色化学领域也很重要，因为绿色化学领域关注的是找到最有效、最环保的方法来制造化合物
虽然有毒重金属如镉和汞以及溶剂如氯仿经常用于工业有机化学中，但该研究小组发现的反应非常有效，并且在水中使用无毒的铁作为催化剂
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