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中国科学: 化学 2010 年 第40 卷 第7 期: 927 ~ 939 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 大自然为什么选择磷主导生命 ① ② ② BOWLER Matthew W. , CLIFF Matthew J. , WALTHO Jonathan P. , ②* BLACKBURN G. Michael ① Structural Biology Group, European Synchrotron Radiation Facility, F-38043 Grenoble, France ② Krebs Institute, Department of Molecular Biology and Biotechnology, Sheffield University, Sheffield, UK *通讯作者: E-mail: g.m.blackburn@sheffield.ac.uk 收稿日期: 2010-06-10; 接受日期: 2010-06-24 Blackburn 教授应邀参加了2009 年 10 月11~13 日在天津南开大学召开的中国化学会第八届全国磷化学化工学术讨论会. 在会上, 他做了题 为“Why has evolution selected phosphate as the chemical core of biology? ”的大会报告. 后来, 这个大会报告的内容整理成文, 发表在New Journal of Chemistry 上 (2010, 34: 784–794; DOI: 10.1039/b9nj00718k). 2009 年11 月, 《中国科学: 化学》开始向磷化学化工界的各位专家学 者征集稿件, 准备出版一期“磷化学与化工进展” 的专刊, 也向Blackburn 教授发出了邀请, 并得到他的积极响应. 他请求并获得Royal Society of Chemistry (RSC) for the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) and the RSC 授权, 请人将已发表在New Journal of Chemistry 上 的文章翻译成中文. 为了让国内的读者更好地了解磷化学及其相关学科在世界上的发展现状, 编委会同意此翻译论文的出版. 摘要 磷酸单酯和双酯被漫长的进化过程选择为生命体的核心. 磷酸酯功能的多样 关键词 性需要磷酰基转移酶不断地进化来实现. 现今磷酰基转移酶的催化机制已经得到了广 生物磷酸酯 19 宇宙中的磷酸盐 泛研究. 通过高分辨X 射线晶体衍射技术(X-ray)与 F NMR 的联用, 来研究磷酰基转移 磷酰基转移机理 酶的金属氟化物过渡态类似物, 可以从原子层面上阐述磷酰基转移的机理. 该催化机 激酶催化机理 理充分地解释了磷酸酯的一对相互“矛盾” 的性质, 即磷酸酯结构的极其稳定性与磷酰 磷酸酶催化机理 基在信号传导过程中的灵活可调性. 通过对元素周期表中其他元素的含氧酸根及其酯 生命体选择磷酸盐 的性质的研究, 目前还无法找出一个更加合适的元素来替代磷的这些重要功能, 因而 磷酸酯的稳定性 这些证据都支持了Todd 的说法: “哪里有生命, 哪里就一定有磷”.