Effects of pressure on the oligomerization of valine

Furukawa Yoshihiro, Otake Tsubasa, Nakazawa Hiromoto, Kakegawa Takeshi

doi:10.14862/geochemproc.58.0.55.0

初期地球におけるアミノ酸の重合反応は、生命誕生に至る重要な一段階と考えられている。これまでの研究の多くは、初期地球のアミノ酸の重合反応は干潟や海底熱水噴出孔付近で起こるという提案に基づき、研究が行われてきた。これらの環境を模擬した実験ではアミノ酸の重合が確認されているが、その重合度は低く、さらに、これらの環境では場合によってアミノ酸の光化学分解または熱分解が卓越することが問題視されている。近年、このような問題に対して、アミノ酸の重合が初期地球の海洋堆積物内の高温高圧低含水率環境で起こるという提案がなされ、研究が行われている。本研究はこのような仮説に基づき、特に、アミノ酸重合反応に対する圧力の影響を明らかにする。海洋堆積物内の高温高圧低含水率環境を模擬し、アミノ酸の重合反応を研究するため、アミノ酸（バリン）を金カプセルに封入し、高温高圧環境（150-200°C、50-150 MPa）で長時間反応させた（0-192時間）。回収試料中のペプチドは液体クロマトグラフィー質量分析（LC/MS）を用いて、残存アミノ酸と副生成物は液体クロマトグラフィー（HPLC; OPA誘導体化）を用いて分析を行った。実験試料から検出されたペプチドは2-6量体の直鎖ペプチドと環状2量体であった。この他に、バリンの分解に伴ってグリシン、β-アラニン、アンモニア、メチルアミン、エチルアミンも検出された。バリンの分解率は反応時間、反応温度とおともに上昇した。一定の温度(200°C)、24時間反応条件では、バリンの残存率は高く(~80%)、圧力に影響されない、また、バリンペプチドの収率は圧力とともに減少することが明らかになった。一方、一定の温度(200°C)、192時間反応条件では、バリンの残存率は低く(0.2–2%)、バリン残存率およびバリンペプチド収率は圧力とともに上昇することが明らかになった。副生成物であるグリシン、β-アラニン、アンモニア、メチルアミン、エチルアミンの生成はバリンの分解反応が脱ガス反応であることを示唆している。このことは、バリンの分解率が高い反応時間において圧力がバリンの分解を抑制したことと整合的である。このことから、圧力が脱ガス反応を抑制し、バリンとバリンペプチドの安定性を向上させたことによりバリンペプチドを生成する脱水重合反応（非脱ガス反応）、が促進され高収率のペプチド生成に至ったと考えられる。これらの結果は、初期地球の海洋堆積物深部環境において、脱水反応を促進する低含水率だけでなく、圧力もペプチド生成に貢献することを示唆する。また、これらの結果はグリシンやアラニンの先行研究とも整合的である。

Effects of pressure on the oligomerization of valine

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