自组装，最新Nature系列综述！

主要观点总结

本文综述了利用简单构建块生成自组装结构的工作进展，以尝试在非平衡条件下连接代谢、隔离和复制这三个总体要素，同时为向具有生命物质特性的过渡奠定基础。文章讨论了非平衡条件下代谢反应循环的产生、分区化和自复制，以及驱动非平衡自组装的挑战和策略。尽管这些系统展示了潜在的复杂性和多样性，但实现真正具有生命物质特性的系统仍然是一个巨大的挑战。

关键观点总结

关键观点1: 生命系统利用非平衡条件下的反应网络获取生物分子集合，这些反应网络由热力学活化的分子驱动，可以实现自组装和解组装的循环。

尽管简化版的现有代谢反应网络构建是一个挑战，但研究人员已经开发出纯化学基础的最小代谢反应循环。

关键观点2: 研究人员提出了通过简单化学系统实现具有催化潜力的代谢反应循环的策略，这些循环利用自组装状态的加速催化能力来促进代谢过程。

例如，使用脂质化组氨酸构建模块通过耦合反应生成酯，这些酯与未反应的构建模块共组装，并在共组装状态下通过咪唑基团的协同效应加速酯的水解。

关键观点3: 非平衡条件下的隔离系统是构建具有生命体特征的最小化化学系统的关键元素之一。这些隔离系统可以随时间变化，促进反应物在异质环境中的时间差异定位。

研究人员正在探索将化学反应网络与在非平衡条件下运行的隔离系统相结合的方法，以创建复杂的反应网络。

关键观点4: 研究人员设计了一些合成的自复制系统，这些系统通常包含激活和失活两个过程。激活过程涉及自组装状态的构建，而失活过程则破坏这种自组装状态。

例如，利用铜催化的炔-叠氮环加成反应生成可自组装成囊泡的化合物，并加速自身的形成过程。

关键观点5: 创建具有能量消耗路径的合成系统是实现非平衡自组装的关键挑战。这样的系统需要展示出动力学不对称性，这是实现非平衡组成的关键。

为了创建这样的驱动自组装过程和反应网络，研究者提出了在能量消耗路径中引入动力学不对称性的概念。

文章预览

现代细胞本质上是一个组织化的生化反应网络，这些反应能够自我复制，并在远离平衡态热力学的控制下，在空间上不同的隔室内发生。作为生命最简单的体现，细胞包含了尚未被完全理解的复杂化学反应网络集合，而这些反应的起源也尚未明确。尽管可以在体外通过合成获得蛋白质和核酸合成的复杂化学过程、膜动力学和细胞信号传导，但实现从非生命物质到现代细胞的转变仍然是科学的巅峰。一个具有生命物质特性的最小合成系统应该包含三个基本要素：代谢网络，它将构筑基元的构建和破坏与自我组织联系起来；自我复制能力，用于制作多个副本；以及一个包含反应网络和复制装置的物理隔室。重要的是，为了使最小系统避免衰退到平衡态，所有这些要素都应与能量消耗相结合。这些要素协同工作，潜在突变引入的多样性在原则上可以导致 ………………………………