《International Journal of Molecular Sciences》:From the Cosmos to the Cell: The Central Role of Iron in the Chemistry and Evolution of Life
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铁(Fe)凭借其原子核独特的稳定性,在元素中占据着不寻常的地位:其在地球上的丰度并非单纯的地质偶然,而是数十亿年前恒星内部核反应的直接结果。铁在恒星聚变的最后阶段形成,通过超新星爆发散布于太空,并成为构成地球物质的一部分,最终成为地球核心的主要成分。在地球表面
铁(Fe)凭借其原子核独特的稳定性,在元素中占据着不寻常的地位:其在地球上的丰度并非单纯的地质偶然,而是数十亿年前恒星内部核反应的直接结果。铁在恒星聚变的最后阶段形成,通过超新星爆发散布于太空,并成为构成地球物质的一部分,最终成为地球核心的主要成分。在地球表面,铁的氧化还原化学塑造了早期大气和海洋,其在厌氧太古宙海洋中以可溶性亚铁离子(Fe2+)的形式存在,使其成为首批酶促反应的天然辅因子。同样的氧化还原灵活性以及铁在宽泛的电化学电位范围内于Fe2+和Fe3+之间穿梭的能力,解释了为何生物学中几乎每条主要代谢途径都以某种形式依赖于铁。然而,铁也是危险的:游离铁和螯合铁可通过Fenton化学(Fenton chemistry)催化产生有毒的羟基自由基(OH·),其反应性强烈依赖于螯合配体的性质,每个生命系统都必须平衡其对铁的需求与不受控铁引起的氧化损伤。这种催化必要性与化学毒性之间的张力驱动了研究人员在现代铁代谢中观察到的许多调控复杂性。在本综述中,研究人员首先概述了铁从其恒星形成到塑造地球结构以及早期铁依赖生物学出现的历程。然后,研究人员详细讨论了基本物理和化学因素如何持续影响生命系统。
1. Introduction
铁(Fe)连接恒星物理与细胞化学,其核稳定性导致宇宙丰度,地球表面氧化还原化学塑造早期环境,并成为生命催化基础,同时铁毒性驱动调控复杂性。本文综述铁从恒星形成到生命演化的历程。
2. Cosmic Origins of Iron
2.1. Nuclear Stability and the Stellar Origin of Iron
铁-56(
56Fe)具有最高核