自催化反應和交叉催化反應，兩種比較特殊的催化反應。
基本介紹
- 中文名：自催化反應和交叉催化反應
- 所屬學科：化學
解釋
反應產物自身作為催化劑對反應起加速或延緩作用的一種催化反應，稱為自催化反應。最簡單的自催化反應如:A催化X→A。這一反應也可以寫成A+X→2A。兩種或多種反應產物彼此循環作為催化劑的一種催化反應網路，稱為交叉催化反應。最簡單的交叉催化反應如：B催化X→A，A又催化X→B。廣義地說，交叉催化反應也可以看成是A+B系統總體所完成的簡單自催化反應。
自催化反應和交叉催化反應都產生自我複製和倍增現象。自催化和交叉催化反應對於理解非生命過程與生命過程之間的聯繫和轉化提供了直接根據。現代自然科學確認，最基本的生命系統是以DNA為核心的DNA-RNA-蛋白質（包括酶）多分子系統；相應地，人們比較一致承認的最原始的生命系統是類核酸和類蛋白質形成的多分子系統。因此，理論上可以把孤立的DNA複製過程看作一個自催化過程，也可以把它看作是DNA內部兩個互補核苷酸鏈之間發生的交叉催化過程；DNA-RNA-蛋白質多分子系統中所進行的過程可以看作是以這三者的交叉催化為基礎的反應循環網路所完成的過程，也可以看作是該多分子系統總體上的一種自催化反應過程。
基本的和原始的生命現象，即生物學上的自我複製、新陳代謝、個體發育和群體發育等現象，就是源於多分子系統的這類反應所導致的自我複製和倍增。
這種多分子系統之所以能通過反應循環網路所完成的過程轉化為生命，原因在於這種多分子系統與環境不斷交換著物質和能量，從而獲得某種相對穩定性，使之有可能經得起突變壓力，並向有序性不斷增加的方向進化。正是隨著這種多分子系統的不斷變異，隨著反應循環網路的不斷擴大化和複雜化，才產生了其他一系列生命現象。
協同學和耗散結構理論等已開始研究由自催化反應和交叉催化反應所引起的自組織系統。其中最簡單的是由X+A→2A和A→C這類反應所形成的系統。在這類系統中，當環境輸入一種或少數幾種反應物，而且其所維持的濃度超過一定臨界值時，系統中某一種或少數幾種產物的濃度，或可穩定地維持不變，或維持周期性振盪等有規則變化，從而實現系統的自組織。這類產物的濃度決定了自組織系統的結構，並且可以用來描述自組織系統的有序性程度。
這裡的有序性已不同於晶體結構的有序性，它是系統在遠離熱平衡方向上經過突變產生的一種非對稱的空間-時間有序性，即一種功能意義上的有序性。以自催化、交叉催化、貝納德對流、雷射等物理過程為研究重點的自組織理論正逐漸向生命過程深入，已能定性地說明生命系統的一些振盪、功能有序、形態發生以及進化等現象。
自催化反應和交叉催化反應使以DNA為核心的多分子系統實現了從非生命過程向生命過程的轉化，實現了自然系統有序性的突變。
科學家們認為，通過對自催化反應和交叉催化反應所引起的多分子系統的自組織機理的深入探討，可望實現物理科學與生命科學的進一步綜合，實現一般系統論中數學方法與生物學方法的綜合，也可望從功能有序方面進一步闡明有序、信息、熵、時間以及空間等範疇，從而豐富辯證唯物主義自然觀的內容。
