进化论的化学基础：超分子自组装

Rose

分子之间可以通过疏水作用、静电作用、氢键、配位键和范德华力连接在一起，一些分子会自动组装成多个分子的聚合体，这叫做超分子的自组装现象。
超分子在化学中应用广泛，比如杯酚识别碳-60从而将碳-60和碳-70分离，冠醚作为相转移催化剂搬运无机离子……
分子之间自发地识别、组装成更高级结构的行为，就是超分子自组装。
在生物大分子中，蛋白质的高级结构形成、DNA双链，都是超分子自组装的例子。
现在公认的生命活动承载者是蛋白质，但是制造蛋白质可不是一件轻易的事。相比之下，核酸的制造就轻松许多。我们可以想到，早期的地球是核酸的天下。
核酸给我们的刻板印象是遗传信息的携带者。但是从本质上来说，它终究是一些化学物质。关于核酸组成核酶的论述，在上篇文章中已经有提到。
RNA链的2‘羟基是很好的亲核试剂，碱基也是很好的路易斯酸/碱。
生物大分子的自组装

即使是现代生命体，体内的反应也是靠它们自己驱动的。没有人会去帮助它们，也没有人会去赋予它们智慧。而体内各个生物大分子的形成需要靠自组装现象。
我们知道，碱基之间能自发通过氢键配对，蛋白质也能依靠氢键形成丰富多彩的螺旋和折叠。一些简单的蛋白质无需刻意折叠就可以自发组成有活性的结构。
然而有的时候纯粹的自组装会出现问题。比如蛋白质中氢键的形成与R基关系不大，这就导致有的时候蛋白质会被错误折叠。其结果就是在一级结构上相距甚远的催化基团没能相互靠近，蛋白质不具有生物活性。
分子伴侣是一些小分子，它们能与蛋白质的特定片段结合，从而辅助蛋白质的折叠。比如一些带正电的分子伴侣可以识别R基上的羧基并屏蔽之以防它与其他氢原子形成不正确的氢键。它们只通过化学作用相互识别，它们并不思考，也从不思考。
在核酶的研究过程中，科学家们不仅发现了RNA的自我剪切现象，还发现某些切下的片段可以作为分子伴侣辅助RNA折叠成高级结构。
这么看来，在演化早期出现核酶并非难事，只要时间足够。在那个没有生命去降解RNA的年代，演化从不缺时间。
两性分子

所谓极性，就是分子正负电荷中心不重合。虽然分子整体显电中性，但是它仍能受到静电相互作用。
水分子是典型的极性分子，氧略带负电，氢略带正电。
极性分子一般易溶于水，非极性则难溶。要是把非极性分子和极性分子拼起来，结果会怎样呢？
烷基是典型的疏水基团，疏水基团则多种多样，胆碱、碱基等都是很好的选择。要是我用高级醇作为中间的连接物，一端连烷基，一端通过磷酸基团的辅助连亲水基，会怎么样呢？
于是你就得到了一个两性分子，其头部亲水，其尾部疏水。
这样的分子排列在水-空气交界处时会自发组装成单分子薄膜，疏水尾部朝外，亲水头部朝内。


如果疏水链有两条，它们就会自发地在水中形成球状双分子薄膜。


人们用这一原理，将药物包裹进这种微小的球里，这种球被称为脂质体。
演化早期，在一些烷化剂的作用下，极性分子上可能会出现疏水链，形成一些小分子的两性分子。它们可以自发组装成小小的泡泡。而游荡在外的核酸有机会正好被包进里面。
只要时间够长，就会诞生第一个细胞。
以上关于第一个细胞的起源仅为个人猜想。但是超分子自组装真不是我瞎造的。

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