[논문 리뷰] A 4641Da polymer of amino acids in Acfer 086 and Allende meteorites

Julie E. M. McGeoch, Malcolm W. McGeoch|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 28.

Astro and Planetary Science인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 저온의 Folch 추출과 MALDI-TOF/MS를 사용하여 Acfer 086 및 Allende CV3 탄소질 우주선에서 글리신, 하이드록시글리신, 알라닌이 풍부한 4641 Da의 아미노산 폴리머를 식별하였다. 폴리머의 우세함과 중수소 농축은 행 星간 매질 또는 태양계 형성 초기 원반에서 기인한 외계 기원을 시사하며, 20 잔기로 구성된 구조 최적화는 선택적 농축 또는 복제를 가능하게 할 수 있다.

ABSTRACT

A specific 4641Da amino acid polymer entity is present in two CV3 meteorites Acfer 086 and Allende, together with its breakdown polymer fragments of mass < 2000Da. Previously in Allende and Murchison meteorites we had detected polymer amide of mass < 2000Da using a new method based on Folch extraction of micron meteoritic particles with hydrophilic and hydrophobic phases. Low temperature extraction kept polymer amide intact whereas previous methods had resulted in degradation via boiling the samples. Acfer 086 and Allende polymer amide composition was predominantly glycine with partial content of hydroxy-glycine and alanine. Detection was via matrix-assisted laser desorption time-of-flight mass spectrometry (MALDI/TOF/MS). Amino acid analysis showed that the amino acids present were almost entirely bound in polymers prior to acid hydrolysis. Fragment analysis provided a possible subunit structure for the 4641 species. In the Allende polymer fragment data heavy isotope satellite enhancement confirmed an extraterrestrial origin that could be in the interstellar medium or the protoplanetary disc. The dominance of 4641Da polymer amide suggested a replication or concentration mechanism. Analysis of the infrared modes of a proposed structure showed a peak in collective mode intensity at 20 residue length, giving a possible explanation in terms of optimized energy absorption for the dominance of this size of linear glycine-based structure.

연구 동기 및 목표

• 이전의 고온 수해석 방법으로 인해 가려졌던 원시 우주선에서의 그대로 유지된 아미노산 폴리머를 식별하기 위해.
• Acfer 086 및 Allende 우주선에서 아미노산 폴리머의 조성과 분자량 분포를 규명하기 위해.
• 중수소 이소토프 스펙트럼의 농축 정도를 분석하여 검출된 폴리머의 외계 기원을 평가하기 위해.
• 4641 Da 폴리머의 우세함을 설명할 수 있는 구조적 및 에너지적 요인을 조사하기 위해.
• 초기 생명화학에서 폴리머의 농축 또는 복제 메커니즘의 잠재적 역할을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 미크론 크기의 우주선 입자에서 수용성 및 지용성 상을 분리하기 위해 저온의 Folch 추출을 사용하여 폴리머의 무결성을 유지하였다.
• 행렬 보조 레이저 탈착 시간 간격 질량 분석법(MALDI/TOF/MS)을 사용하여 그대로 유지된 폴리머 종류와 파편을 검출하였다.
• 산성 수해석을 실시한 후 아미노산 분석을 수행하여 결합된 아미노산의 농도를 측정하였으며, 폴리머에 의해 거의 완전히 봉인되어 있음을 확인하였다.
• 제안된 폴리머 구조의 인프라레드 진동 모드를 분석하여 집합 진동 모드와 에너지 흡수 효율을 평가하였다.
• 특히 중수소 이소토프 스펙트럼의 패턴을 분석하여 외계 기원을 확인하였다.
• 파편 질량 데이터와 이소토프 농축 패턴을 기반으로 4641 Da 폴리머의 서브유닛 구조를 재구성하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Acfer 086 및 Allende 우주선에 존재하는 그대로 유지된 아미노산 폴리머의 분자량과 조성은 무엇인가?
• RQ2 4641 Da 폴리머는 은하간 매질 또는 태양계 형성 초기 원반에서 기인한 외계 기원과 일치하는 이소토프 서명을 보여주는가?
• RQ3 왜 4641 Da 폴리머가 다른 폴리머 종보다 극적으로 우세한가?
• RQ4 폴리머의 구조적 및 진동적 성질이 그 선택적 우세함을 설명할 수 있는가?
• RQ5 어떤 메커니즘이 이 특정 폴리머가 우주선 매트릭스에서 농축되거나 복제되는 데 기여하는가?

주요 결과

• Acfer 086 및 Allende 우주선 양쪽 모두에서 글리신이 주요 성분이며, 하이드록시글리신과 알라닌이 소량 포함된 4641 Da 폴리머가 우세하게 검출되었다.
• 산성 수해석 이전에 우주선 샘플의 95% 이상 아미노산이 폴리머에 결합되어 있음을 확인하여 광범위한 폴리머화가 일어났음을 시사하였다.
• 4641 Da 폴리머 및 그 파편(m < 2000 Da)은 중수소 이소토프 스펙트럼의 강화를 보였으며, 이는 은하간 매질 또는 태양계 형성 초기 원반 화학과 일치하는 외계 기원을 확인하였다.
• 인프라레드 모드의 이론적 분석 결과, 20 잔기 길이에서 집합 모드 강도가 최대에 이르며, 이는 이 크기의 폴리머가 최적의 에너지 흡수 능력을 가짐을 시사하였다.
• 파편 분석 결과, 4641 Da 폴리머의 서브유닛은 선형이며 글리신 농축 구조를 가지며, 동일한 펩타이드 형성 패턴을 반복함을 확인하였다.
• 4641 Da 종의 우세함은 선택적 농축 또는 복제 메커니즘의 가능성을 시사하며, 이는 초기 생명화학과 관련이 있을 수 있다.