[论文解读] 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 4

一句话总结

该研究在CV3碳质球粒陨石（Acfer 086、Allende、KABA）中鉴定出新型地外聚合物酰胺——血石素（2320 Da）和血糖素（1494 Da），其成分为甘氨酸、羟基甘氨酸、铁、氧和锂。通过MALDI质谱和Folch提取颗粒的三维成像，作者证实这些分子以硅为连接点形成共价三脚架结构，并通过同位素富集（2H > 25,700 ppm）确认其地外起源，且m/z 4641以上的碎片表明存在扩展的晶格结构。

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.

研究动机与目标

• 鉴定并表征碳质球粒陨石中具有潜在生物学意义的新型有机聚合物。
• 确定复杂有机分子在陨石中具有地外起源的结构与同位素证据。
• 研究这些聚合物在Folch溶剂相中的三维物理形态与分子结构。
• 建立一种低温、低步骤的分析方法，以在质谱分析中保持分子完整性。
• 探讨硅在将三聚体血糖素单元连接成扩展晶格中的作用。

提出的方法

• 在室温下对陨石颗粒进行Folch提取，以最小化热或化学干扰，分离有机相。
• 采用MALDI质谱检测聚合物酰胺的完整分子离子及碎片模式。
• 在10倍放大倍率下，对密封V形小瓶中的三维物理结构（分支杆状与包裹球状）进行成像。
• 分析同位素分布，特别是2H富集（25,700 ppm），以确认地外起源。
• 提出分子结构：血石素（2320 Da）和血糖素（1494 Da），二者均含Fe、O和甘氨酸衍生物。
• 鉴定出血糖素通过硅键形成的共价三脚架结构，并在m/z ≥ 4641处检测到晶格碎片。

实验结果

研究问题

• RQ1 CV3碳质球粒陨石中是否存在复杂且类蛋白质的聚合物酰胺？
• RQ2 同位素异常（如极端2H富集）是否可证实这些有机分子的地外起源？
• RQ3 这些分子在Folch溶剂相中的三维物理形态为何？
• RQ4 血糖素单元如何通过结构连接形成扩展晶格？
• RQ5 是否可通过低温、低步骤的分析方法实现对陨石中脆弱有机聚合物的保护与检测？

主要发现

• 在CV3陨石Acfer 086、Allende和KABA中鉴定出血石素（2320 Da）和血糖素（1494 Da）。
• 血糖素通过硅键形成共价三脚架结构，晶格碎片在m/z 4641及以上被观测到。
• 同位素分析显示2H富集达25,700 ppm，显著高于地球水平（σ = 3,500，n=15），证实其地外起源。
• 在密封的Folch提取小瓶中，以100 µm尺度成像到三维结构——分支杆状与包裹球状。
• 分子通过室温、低步骤的保护协议得以保存，MALDI-MS中仅通过激光解吸实现单一裂解步骤。
• 这些聚合物中存在甘氨酸、铁、锂和氧，表明其为一类具有潜在前生命意义的新型陨石有机材料。