[論文レビュー] Hemolithin: a Meteoritic Protein containing Iron and Lithium

Malcolm W. McGeoch, Sergei Dikler+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2020

Mass Spectrometry Techniques and Applications参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本論文では、アセフ・086隕石に由来するグリシンおよびヒドロキシグリシン鎖から成るタンパク質様分子であるヘモリチンが、最初に発見された。この分子は末端に鉄とリチウム原子を有し、高精度MALDI質量分析により2320 Daの分子構造が特定され、2H（25,700 ppm）の同素体蓄積が確認された。これにより、宇宙起源であることが裏付けられ、Fe-O-Fe構造が光分解による水分解に寄与する可能性が示唆された。

ABSTRACT

This paper characterizes the first protein to be discovered in a meteorite. Amino acid polymers previously observed in Acfer 086 and Allende meteorites [1,2] have been further characterized in Acfer 086 via high precision MALDI mass spectrometry to reveal a principal unified structure of molecular weight 2320 Daltons that involves chains of glycine and hydroxy-glycine residues terminated by iron atoms, with additional oxygen and lithium atoms. Signal-to-noise ratios up to 135 have allowed the quantification of iron and lithium in the various MALDI fragments via the isotope satellites due to their respective minority isotopic masses 54Fe and 6Li. Analysis of the complete spectrum of isotopes associated with each molecular fragment shows 2H enhancements above terrestrial averaging 25,700 parts per thousand (sigma = 3,500, n=15), confirming extra-terrestrial origin and hence the existence of this molecule within the asteroid parent body of the CV3 meteorite class. The molecule is tipped by an iron-oxygen-iron grouping that in other terrestrial contexts has been proposed to be capable of absorbing photons and splitting water into hydroxyl and hydrogen moieties.

研究の動機と目的

• 炭素含有コアンドリット（アセフ086およびアレンデ隕石）に存在する有機高分子を同定・特徴づけること。
• 隕石に観察されたアミノ酸ポリマーの分子構造および元素組成を特定すること。
• 特に重水素（2H）の蓄積を用いて、これらの分子の宇宙起源を確認すること。
• Fe-O-Fe骨格が光分解による水分解に果たす可能性のある機能的役割を調査すること。

提案手法

• アセフ086隕石から抽出したアミノ酸ポリマーを、高精度MALDI質量分析法で分析した。
• 54Feおよび6Liの同素体サイドバンドを分析し、分子断片内の鉄およびリチウム含有量を定量した。
• 複数の断片にわたる重水素（2H）の蓄積を測定し、宇宙起源の可能性を評価した。
• 信号対雑音比が135を超えていたため、正確な同素体パターン分析と定量が可能であった。
• 各分子断片の完全な同素体分布を再構築し、分子同定および元素組成の確認を行った。
• 既知の地上類縁物と照らし合わせ、Fe-O-Fe構造モチーフが光子吸収および水分解に寄与する可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アセフ086隕石に同定されたアミノ酸ポリマーの分子構造は何か？
• RQ2 この分子の元素組成、とりわけ鉄とリチウムの含有状況は何か？
• RQ3 分子に観察された重水素蓄積は、宇宙起源を裏付けるものか？
• RQ4 この分子に存在するFe-O-Fe骨格は、地上系のシステムと同様に水分解を促進できるか？
• RQ5 この分子は真のタンパク質と見なせるか？ もしそうならば、その構造および機能は地上タンパク質とどのように比較できるか？

主な発見

• 2320ダルソンの主要な分子構造が特定され、グリシンおよびヒドロキシグリシン残基から成り、末端に鉄原子を有する。
• リチウムおよび酸素が結合しており、54Feおよび6Liの同素体サイドバンドを用いて鉄およびリチウムが定量された。
• 重水素蓄積は25,700 ppm（σ = 3,500、n=15）であった。これにより、宇宙起源が確認された。
• 分子の先端に存在するFe-O-Fe骨格は、水中を分解する能力を有する地上タンパク質の光分解中心と構造的に類縁している。
• 信号対雑音比が最大135に達したため、正確な同素体パターン分析が可能となり、元素定量の信頼性が裏付けられた。
• 各断片の完全な同素体分布の再構築により、分子構造に鉄、リチウム、酸素が存在することが確認された。