A thermodynamic atlas of carbon redox chemical space
Notice bibliographique
Résumé
Redox biochemistry plays a key role in the transduction of chemical energy in living systems. However, the compounds observed in metabolic redox reactions are a minuscule fraction of chemical space. It is not clear whether compounds that ended up being selected as metabolites display specific properties that distinguish them from nonbiological compounds. Here, we introduce a systematic approach for comparing the chemical space of all possible redox states of linear-chain carbon molecules to the corresponding metabolites that appear in biology. Using cheminformatics and quantum chemistry, we analyze the physicochemical and thermodynamic properties of the biological and nonbiological compounds. We find that, among all compounds, aldose sugars have the highest possible number of redox connections to other molecules. Metabolites are enriched in carboxylic acid functional groups and depleted of ketones and aldehydes and have higher solubility than nonbiological compounds. Upon constructing the energy landscape for the full chemical space as a function of pH and electron-donor potential, we find that metabolites tend to have lower Gibbs energies than nonbiological molecules. Finally, we generate Pourbaix phase diagrams that serve as a thermodynamic atlas to indicate which compounds are energy minima in redox chemical space across a set of pH values and electron-donor potentials. While escape from thermodynamic equilibrium toward kinetically driven states is a hallmark of life and its origin, we envision that a deeper quantitative understanding of the environment-dependent thermodynamic landscape of putative prebiotic molecules will provide a crucial reference for future origins-of-life models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».