[論文レビュー] Meteoritic Proteins with Glycine, Iron and Lithium

Malcolm W. McGeoch, Sergei Dikler+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2021

Astro and Planetary Science参考文献 26被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、CV3炭素含有隕石（Acfer 086、Allende、KABA）に、グリシン、ヒドロキシグリシン、鉄、酸素、リチウムからなる新規の宇宙起源ポリマーイミド（ヘモリチン：2320 Da、ヘモグリシン：1494 Da）が同定された。MALDI質量分析法とフォルシュ抽出粒子の3次元イメージングを用い、シリコンで結合された共有結合性トライスケリオン構造が存在し、同位体の強化（2H > 25,700 ppm）により宇宙起源が確認され、m/z 4641以上の断片により拡張された格子構造が形成されていることが示された。

ABSTRACT

We report that polymer amide [1] with a protein backbone of mainly glycine units and iron is present in the CV3 meteorites Acfer 086, Allende and KABA. The evidence for this is from particles of these meteorites after Folch extraction being analyzed by MALDI mass spectrometry and from the 3D physical structures that form in the various Folch solvent phases. The two physical forms we observe are branching rods and entrapping spheres on the 100micron scale. Two potential molecular structures of polymer amide are presented in this report. One we term hemolithin of mass 2320Da, contains glycine, hydroxy-glycine, Fe, O and Li. The other, we term hemoglycin of mass 1494Da is of glycine, hydroxy-glycine, Fe and O. Hemoglycin is connected covalently in triplets by silicon to form a triskelion. Analysis of the complete spectrum of isotopes associated with each molecular fragment shows very high 2H enhancement above terrestrial averaging 25,700 parts per thousand (sigma = 3,500, n=15), confirming extra-terrestrial origin and hence the existence of these molecules within the asteroid parent body of the CV3 meteorite class. The hemoglycin triskelia join via silicon bonds into an extended lattice, as seen in mass spectrometry of lattice fragments at m/z 4641 and above [2]. The identification of hemolithin and hemoglycin required careful methodology at room temperature with the minimum of steps up to mass spectrometry analysis ensuring that only the laser step fragmented the molecules. The 3D structures were imaged through permanently closed Folch extraction V-vials at a magnification of 10.

研究の動機と目的

• 炭素含有隕石に存在する生物学的関連性を有する可能性のある新規の有機ポリマーを同定・特徴付けること。
• 隕石中の複雑な有機分子の宇宙起源を示す構造的および同位体的証拠を特定すること。
• フォルシュ溶媒相におけるこれらのポリマーの3次元物理的形態および分子的構造を調査すること。
• 質量分析法における分子の完全性を保持する低温・最小手順の分析プロトコルを確立すること。
• シリコンがヘモグリシンの三量体ユニットを結合させ、拡張格子を形成する役割を調査すること。

提案手法

• 室温でフォルシュ抽出を実施し、熱的・化学的損傷を最小限に抑えて有機相を分離した。
• MALDI質量分析法を用いてポリマーイミドの完全分子イオンおよび断片パターンを検出した。
• 密封されたV型ビーカー内で10倍拡大で、三次元物理的構造（分岐ロッドおよび包埋球体）をイメージングした。
• 特に2Hの同位体強化（25,700 ppm）を分析し、宇宙起源を確認した。
• 分子構造を提案：ヘモリチン（2320 Da）およびヘモグリシン（1494 Da）、両者ともFe、Oおよびグリシン誘導体を含む。
• ヘモグリシンの共有結合性トライスケリオンがシリコン結合により形成され、m/z ≥ 4641で格子断片が検出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CV3炭素含有隕石に、タンパク質に類似た複雑なポリマーイミドが存在するか？
• RQ2 極端な2H同位体強化といった同位体異常は、これらの有機分子の宇宙起源を確認できるか？
• RQ3 フォルシュ溶媒相におけるこれらの分子の三次元物理的形態は何か？
• RQ4 ヘモグリシンユニットはどのようにして拡張格子を形成する構造的結合がなされているか？
• RQ5 低温・最小手順の分析法は、隕石に存在する壊れやすい有機ポリマーを保持・検出できるか？

主な発見

• ヘモリチン（2320 Da）およびヘモグリシン（1494 Da）が、CV3隕石Acfer 086、Allende、KABAに同定された。
• ヘモグリシンはシリコン結合により共有結合性トライスケリオン構造を形成し、m/z 4641以上で格子断片が観察された。
• 同位体分析により、2Hの強化が25,700 ppmに達し、地上レベル（σ = 3,500、n=15）を著しく上回っており、宇宙起源が確認された。
• 100 µmスケールの三次元構造（分岐ロッドおよび包埋球体）が、密封されたフォルシュ抽出ビーカー内でイメージングされた。
• 室温・最小手順プロrotocolにより分子が保持され、MALDI-MSではレーザー脱溶離が唯一の断片化ステップであった。
• グリシン、鉄、リチウム、酸素がこれらのポリマーに存在するため、前生物的関連性を有する新規の隕石有機物のクラスが存在することが示唆された。