土壤矿物表面氨基酸聚合机制

【作者】 胡巧利； 祝畅； 王谦； 黄笑笑； 李婷婷； 杨刚；

【机构】 西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室；

【摘要】 [目的]本研究旨在探究土壤矿物表面氨基酸聚合的分子机制,揭示金属离子对该反应的影响,为地球生命起源提供科学依据。[方法]利用密度泛函理论方法,模拟甘氨酸分子在正长石表面有和没有金属离子催化的情况下聚合生成肽键的反应。氨基酸聚合采取分步式反应(见Scheme 1);金属离子包括Li～+、Na～+、K～+、Be～(2+)、Mg～(2+)、Ca～(2+)、Cu～(2+)、Zn～(2+)、Fe～(2+)、Al～(3+)、Ga～(3+)、Fe～(3+)、Ti～(4+)、Sn～(4+)。确定了反应过程中的中间体和过渡态;并计算了所有路径的活化能垒,以确定金属离子的催化活性。[结果]计算表明,矿物表面对肽键形成具有催化作用(与气相中的研究结果相比,反应能垒降低～11kJ/mol);金属离子的键合作用能不同程度增强甘氨酸的反应活性,使反应更容易发生。整体来看,二价金属离子催化性最佳;同价离子之间,随着离子半径的增大催化性增强。当正长石表面基团协助质子传递时,整个过程的能垒进一步降低。[结论]土壤矿物对肽键生成具有催化作用,其表面存在的基团及金属离子发挥了重要作用。不同金属离子表现出不同的催化活性,以二价离子为佳。研究结果对阐明土壤矿物在地球生命起源中的重要地位提供了有利支撑。更多还原