Кластер серина: стабильность, хиральность и происхождение гомохиральности.
Serine octamer cluster
Кластер серина: стабильная структура из 8 молекул, важная для происхождения хиральности. Открыт в масс-спектрометрии, образуется при испарении и сублимации.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Серин-октамерный кластер в физической химии – необычно стабильный кластер, состоящий из восьми молекул серина (Ser), вовлеченный в происхождение гомохиральности. Этот кластер был впервые обнаружен в экспериментах по масс-спектрометрии. Электроспрей-ионизация аэрозоля серина в метаноле приводит к масс-спектру с выраженным ионным пиком 841, соответствующим катиону Ser8+H+. Меньшие и большие кластеры практически отсутствуют в спектре, поэтому число 8 называют «магическим числом». Те же октамерные ионы также образуются при быстром испарении раствора серина на горячей (200–250 °C) металлической поверхности или при сублимации твердого серина. После образования обнаружение снова осуществляется с помощью масс-спектроскопических методов. Для обсуждения гомохиральности эти лабораторные методы производства разработаны для имитации пребиотических условий. Кластер не только необычно стабилен, но и примечателен тем, что кластеры проявляют выраженное гомохиральное предпочтение. Рацемический раствор серина образует минимальное количество кластера, а растворы обоих энантиомеров приводят к образованию максимального количества как гомохирального D Ser8, так и L Ser8. В другом эксперименте образование кластеров из рацемической смеси с обогащенным дейтерием L-серином приводит к распределению продуктов с почти полным отсутствием кластеров D/L в соотношении 50/50, но с предпочтением к D- или L-энантиообогащенным кластерам. Предложена модель хиральной амплификации, согласно которой энантиообогащенные кластеры образуются из нерацемической смеси, уже обогащенной L-серином в результате нарушения зеркальной симметрии. Образование кластера сопровождается изоляцией, а последующая диссоциация кластера приводит к образованию раствора серина с более высокой концентрацией L-серина, чем в исходной смеси. Может поддерживаться цикл, в котором каждый оборот приводит к постепенному обогащению L-серином. Многочисленные такие циклы в конечном итоге приводят к энантиомерно чистому L-серину. Эта модель была экспериментально подтверждена. Предполагается, что хиральная передача происходит посредством так называемых реакций замещения в серин-кластерах. В этих реакциях серин-мономер в кластере может быть заменен другой небольшой биологически значимой молекулой. Например, Ser8 реагирует с глюкозой (Glc) с образованием кластера Ser6 + Glc3 + Na+. Кроме того, кластер синтетической L-глюкозы с Ser8 встречается реже, чем кластер с биологической D-глюкозой.
The Serine octamer cluster in physical chemistry is an unusually stable cluster consisting of eight serine molecules (Ser) implicated in the origin of homochirality. This cluster was first discovered in mass spectrometry experiments. Electrospray ionization of an aerosol of serine in methanol results in a mass spectrum with a prominent ion peak of 841 corresponding to the Ser8+H+ cation. The smaller and larger clusters are virtually absent in the spectrum and therefore the number 8 is called a magic number. The same octamer ions are also produced by rapid evaporation of a serine solution on a hot (200 250 °C) metal surface or by sublimation of solid serine. After production, detection again is by mass spectroscopic means. For the discussion of homochirality, these laboratory production methods are designed to mimic prebiotic conditions. The cluster is not only unusually stable but also unusual because the clusters have a strong homochiral preference. A racemic serine solution produces a minimum amount of cluster and with solutions of both enantiomers a maximum amount is formed of both homochiral D Ser8 and L Ser8. In another experiment cluster formation of a racemic mixture with deuterium enriched L serine results in a product distribution with hardly any 50/50 D/L clusters but a preference for either D or L enantioenriched clusters. A model for chiral amplification is proposed whereby enantioenriched clusters are formed from a non racemic mixture already enriched by L serine as a result of a mirror symmetry breaking process. Cluster formation is followed by isolation and on subsequent dissociation of the cluster a serene solution forms with a higher concentration of L serine than in the original mixture. A cycle can be maintained in which each turn results in an incremental enrichment in L serine. Many such cycles eventually result in enantiopure L serine. This model has been experimentally verified. Chiral transmission is assumed to take place through so called substitution reactions of serine clusters. In these reactions, a serine monomer in a cluster can be replaced by another small biologically relevant molecule. For instance Ser8 reacts with glucose (Glc) to the Ser6 + Glc3 + Na+ cluster. Moreover, the cluster of synthetic L glucose with Ser8 is less abundant than that with the biological D glucose.