生命の起源: 鉱物とのホモキラリティ?

それは生命の起源に関する研究にとって極めて重要な課題です。 生物学的に関連したポリマーを非生物的に生成する際の多くの障害の中で、ホモキラリティーを達成することはおそらく克服するのが最も難しい障害です。 ホモキラリティとは何ですか? そうですね、生命界のすべての高分子は、鏡像として存在する構成要素で構成されています。 この化学概念を伝えるために、左手と右手の類似が最も一般的に使用されます。 ごくわずかな例外を除いて、生命はこれらの形式のいずれかのみを使用します。

鏡像化合物の化学的特性は、すべての実用的な目的において同等です。 したがって、非常に単純な化合物を出発物質として使用して、プレバイオティクスの世界でこれらの構成要素を生成すると、これらの構成要素のラセミ混合物、つまり 50/50 の分布が得られると予想されます。 私が5月にここに書いたように、これは小惑星から回収された有機化合物の分析からすでに確認されています。

地球上の生命の前生物的な起源を科学界に説得力を持って説明するには、この混合物から 1 つの配置のみからなるポリマーを製造することが必須です。 ホモキラル構成要素を使用してポリペプチド (タンパク質) または RNA を生成する化学スキームを提案することが当面の課題です。 溶液中でそのような偉業を実行することは実現不可能と思われるため、プレバイオティックスープのアプローチは多くの生命の起源（OOL）科学者によって放棄されました。 広く研究されているより良い代替案は、理論的には有機化学物質の吸着により一対のキラル分子の 1 つの配置を優先的に選択できる鉱物表面の使用です。

ここでは、関連する研究がどのような結果をもたらしたかに注目しながら、この実験的アプローチについて簡単に説明します。 まず、タンパク質を形成するためのアミノ酸の重合について考え、次に RNA 前駆体を使用してこの偉業を達成する試みを考えます。

オリゴペプチドを形成するために短いアミノ酸を取得する際の有効性を示した研究の中で、最も古い研究の 1 つが 1978 年に報告されました (Lahav N.、White D.、および Chang S. (1978) Science 201: 67-69)。 アミノ酸間のペプチド結合を形成する縮合反応を促進するために、粘土鉱物（カオリナイトとベントナイト）を使用するシステムが採用されました。 加熱、蒸発、再水和の繰り返しサイクルが引き起こされましたが、これは生物以前の地球に存在すると考えられる条件です。 最も単純なアミノ酸であるグリシン (キラル中心を持たない) を使用すると、ジグリシンが低レベルで生成され、ペンタペプチドの長さまで徐々に量が減少することがわかりました。 特に、このサイクルの加熱乾燥段階は明らかに縮合反応を促進し、ペプチド結合の形成を可能にします。

これは始まりではありましたが、生物学的に関連する長さのポリペプチドを生成するにはまだ長い道のりでした。 生物学的機能に効果的に寄与するには、小さなタンパク質が少なくとも 100 ～ 200 個のアミノ酸に達する必要があります。 この最初の希望の光の後、他の多くの研究室が同様のアプローチに着手し、異なる鉱物表面とさまざまな反応条件をテストしました。 最高の達成者は、最大十量体までのポリペプチドを生成することができた。 これらの研究から、ポリペプチドはアミノ酸の長い鎖に広がる多数の化学結合力によってしっかりと結合されているため、生成されるポリペプチドが長くなるほど、鉱物表面からポリペプチドを回収するのが難しくなることが明らかになりました。 長いポリペプチドの作成に成功すると、ポリマーは生命の必要に応じて溶液中に放出されるのではなく、表面に固定されたままになる運命にあるようです。

上記の研究の大きな欠陥は、この経路によってホモキラル選択性がどのように強化されるかを説明しようとしていなかったことです。 アミノ酸のラセミ混合物を含むポリペプチドを合成することは、機能性の点でプレバイオティクス生命に何も提供しません。 タンパク質が特異的かつ再現可能な構造をとるためには、ホモキラルなアミノ酸のセットを使用する必要があります。 この目標を念頭に置いて、ある研究室は、アスパラギン酸の鏡像異性体対が方解石 (炭酸カルシウム) の鏡面対称の反対側の面に優先的に吸着すると報告しました。 3 つの官能基 (2 つのカルボン酸と 1 つのアミン基) を持つアスパラギン酸は、方解石の露出した化学基に対してホモキラル選択性で配向することが提案されました。 これは論理的に、観察された約 90% のキラル濃縮を説明することになります。