[论文解读] 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 9

一句话总结

该论文在陨石中首次发现一种类似蛋白质的分子——赫莫利辛（hemolithin），其由甘氨酸和羟基甘氨酸链组成，末端连接铁和锂原子。高精度MALDI质谱分析揭示该分子结构为2320 Da，且氘（²H）同位素丰度显著升高（25,700 ppm），证实其来自地外，并提示其可能通过Fe-O-Fe基团在光解水过程中发挥作用。

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.

研究动机与目标

• 在碳质球粒陨石（特别是Acfer 086和Allende陨石）中鉴定并表征有机大分子。
• 确定陨石中先前观察到的氨基酸聚合物的分子结构和元素组成。
• 利用同位素特征（尤其是氘富集）确认这些分子的星际起源。
• 研究Fe-O-Fe结构在光解水过程中的潜在功能作用。

提出的方法

• 采用高精度MALDI质谱分析从Acfer 086陨石中提取的氨基酸聚合物。
• 通过分析⁵⁴Fe和⁶Li的同位素卫星峰，定量测定分子片段中的铁和锂含量。
• 在多个片段中测量氘（²H）富集程度，以评估其地外起源。
• 信噪比超过135，实现了同位素峰型的精确分析与定量。
• 重建每个分子片段的完整同位素分布，以确认分子身份和元素组成。
• 基于已知的地球类似物，评估Fe-O-Fe结构单元在光吸收和水裂解中的潜在作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Acfer 086陨石中鉴定出的氨基酸聚合物的分子结构是什么？
• RQ2 该分子的元素组成如何，特别是铁和锂的含量？
• RQ3 该分子中观察到的氘富集是否能证实其地外起源？
• RQ4 该分子中的Fe-O-Fe结构是否如地球系统中那样具备光解水的能力？
• RQ5 该分子是否为真正的蛋白质？若是，其结构与功能与地球蛋白质相比有何异同？

主要发现

• 鉴定出一个主分子结构，分子量为2320 Da，由甘氨酸和羟基甘氨酸残基组成，末端连接铁原子。
• 该分子含有结合的锂和氧，铁和锂含量通过⁵⁴Fe和⁶Li的同位素卫星峰得到定量。
• 测得氘富集度为25,700 ppm（σ = 3,500，n=15），证实其地外起源。
• 分子末端的Fe-O-Fe基团在结构上与能裂解水的地球蛋白质中的光解中心相似。
• 信噪比高达135，支持同位素峰型分析的精确性，增强了元素定量的可靠性。
• 每个片段的完整同位素分布确认了分子结构中存在铁、锂和氧。