生命誕生の謎を説明する「ペプチド形成」の仕組みが解明される

chemistry 2019/07/23
Credit: Smithsonian/Peter Sawyer

Point

■ペプチドが原始地球の環境に類似した環境で形成されることが示された

■アミノニトリルは、アミノ酸よりもずっと簡単に、水中で自分自身でペプチド結合を形成できる

■このプロセスは、火山噴火によって放出され、数十億年前の地球に存在したとされる化学物質から成る環境で起きる

生命の起源を発見? 惑星科学的視点、鍵はワイン造り

地球上に存在する生命はどのようにして誕生したのでしょうか?

実のところ、その仕組みはよく分かっていません。化石や地質をいくら調べても、どうやって無機物から有機物が生まれたのか、さっぱり説明できないのです。

中でも最大の謎は、ペプチドと酵素の成り立ちです。ペプチドとは、アミノ酸が鎖状につながった分子のことで、地球上に存在するすべての生命にとって欠かすことのできない基本要素です。

ペプチドから作られたタンパク質の織物は生物学的プロセスの触媒として働きますが、アミノ酸からのペプチド形成の制御には酵素が不可欠です。

ここで、「ペプチドが先か、酵素が先か?」という疑問が浮上します。ペプチドが無ければ酵素は存在せず、酵素がなければペプチドは存在しないのです。

Credit: peptidesciences.com

今回、この謎を解明しようと立ち上がったユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの研究チームが、ペプチドが原始地球の環境に類似した環境で形成されることを証明しました。論文は、雑誌「Nature」に掲載されています。

Peptide ligation by chemoselective aminonitrile coupling in water
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1371-4

アミノニトリルからペプチドの直接形成に成功

ペプチドの形成と生命の出現に関する従来の研究は、どれもアミノ酸に焦点を当てたものばかりで、アミノ酸の原料となる化学物質である「アミノニトリル」の反応性には目を向けていませんでした。

アミノニトリルがアミノ酸を形成するには強酸性・強アルカリ性などの厳しい環境が必要ですが、アミノ酸がペプチドを形成するにはエネルギーの再チャージが必要です。研究チームは、高エネルギーのアミノニトリルからペプチドが直接作られることを示し、これらのステップをどちらも回避できることを証明しました。

Credit: pixabay

この方法は、アミノニトリルに元々備わっている、原始地球の環境の一部であった他の分子との反応性を利用したものです。研究チームは、水中で硫化水素をアミノニトリルとヘキサシアノ鉄酸塩に結びつけることで、ペプチドを生み出そうとしました。

その結果、アミノニトリルが水中で自分自身でペプチド結合を形成できること、しかもそれがアミノ酸よりもずっと簡単にできることが明らかになりました。それに加えて、このプロセスが火山噴火によって放出され、数十億年前の地球に存在したと考えられる化学物質から成る環境で起きることも示されました。

自然発生説、太陽系外惑星の生命、合成化学…役立てる分野はさまざま

研究メンバーのピエール・カナヴェリ氏は、「環境的・内的刺激に対する反応としての制御合成は、代謝調節の本質的要素の1つです。ですから、ペプチド合成は、生命進化の超初期に起きた自然のサイクルの一部だったのではないかと、私たちは考えています」と説明しています。

アミノ酸を使わずに、原始地球に存在した比較的穏やかな環境においても、水中でのペプチド形成が可能だと示されたことは、自然発生説の研究のみに限らず、太陽系外惑星の生命の調査にとっても重要な示唆を含んでいます。また、アミノ酸結合の形成は合成素材の製造にとって不可欠なため、今回の発見は合成化学の分野でも役立ちそうです。

Credit: pixabay

研究チームは今後、アミノニトリルからペプチドが形成される他の方法を見つけることで、研究を発展させようとしています。また、今回の実験で生成されたペプチドの機能的特性を調べることで、それが約40億年前の地球で生命誕生のきっかけを生んだ仕組みがより鮮明になるかもしれません。

生きとし生けるものすべての根源に迫るこの研究。今後の進展が楽しみですね。

地下5kmに生物が!地下世界に地表とは別の「巨大な生物圏」を発見

reference: sciencealert / written by まりえってぃ

SHARE

TAG

chemistryの関連記事

RELATED ARTICLE