ヘモグリシン

ヘモグリシン（以前はヘモリチンと呼ばれていた）は、隕石で発見された最初のアミノ酸ポリマーである宇宙ポリマーである。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

構造解析により、その1,494ダルトンのコアユニット（グリシン₁₈ /ヒドロキシグリシン₄ / Fe2O4）には鉄が含ま_れているがリチウムは含まれていないこと_が判明し、これらの分子のより一般的な名称としてヘモグリシンが用いられるようになった。^{[ 1 ] [ 5 ]}ヘモグリシンのコアには、鉄原子と2つの酸素原子で両端が終端された逆平行βシート鎖に合計22個のグリシン残基が含まれている。これらのグリシン残基のうち4つは、α炭素にヒドロキシ基（-OH）を持つヒドロキシグリシンに酸化されている。この構造は、隕石溶媒抽出物の質量分析により決定され^{[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ]} 、ヘモグリシン結晶によるX線散乱^{[ 6 ]}および光吸収によって確認されている。^{[ 3 ]}結晶は、ヒドロキシグリシン残基がRキラル性を持ち、C末端が鉄に結合している場合にのみ存在する480 nmの特性吸収を示す。 ^{[ 6 ]} 

ヘモグリシンは、6つの異なる隕石（アジェンデ、^{[ 7 ]}アクフェル086、エフレモフカ、カバ、オルグイユ、サッターズミル）において、毎回同じ構造を持つアミノ酸の主要なポリマーであることが判明したため、テンプレート複製プロセスによって生成されると提案されている^{[ 3 ] [ 6 ]}。測定された480 nmの吸光度は、ヒドロキシグリシン残基のRとSのキラリティのラセミ分布に対して予想されるよりも大きく、ポリマーにRキラリティが過剰に存在することを示している。480 nmの吸光度に依存すると仮定したテンプレート複製のモデル化は、Rキラリティの過剰をもたらし、したがってこの発見と一致する。  

ヘモグリシンは、地球のような系外惑星で生化学が始まるずっと前に、原始惑星系円盤となる分子雲の中で形成される非生物分子です。ヘモグリシンは、そのグリシンを介して系外惑星に初期の生化学を支える種を蒔く可能性がありますが、その主な機能は、原始惑星系円盤内の宇宙空間に広範囲にわたる低密度格子^{[ 6 ]}を形成することによって物質を集積することであるようです。

ヘモグリシンは炭素質隕石中に存在するだけでなく、21億年前に地球上で形成された化石ストロマトライトからも抽出され結晶化されている。 ^{[ 8 ]}この化石ヘモグリシンは隕石中のヘモグリシンと同様の地球外同位体を持つため、後期重爆撃期（LHB）に地球にもたらされた可能性がある。先カンブリア時代の地球上のポリマーは、紫外線照射に反応して水を分解することで、24億年前に始まった大酸化イベント（GOE）を引き起こした可能性がある。また、初期の生化学にエネルギー源を提供した可能性や、単にポリマーグリシンの供給源を提供した可能性もある。

ヘモグリシン JEMMc に関するハーバード大学の研究リーダーからのコメント - グリシンと鉄の宇宙ポリマーであるヘモグリシンは、広範囲にわたって特性が明らかにされており [1-11]、現在では天文学と惑星科学の 4 つの分野の文脈で考慮する必要があります。1 番目は天文学で、Pop III 星と Pop II 星の間の期間で、ヘモグリシンの構成要素が宇宙時間の 500 Myr という早い時期に初めて形成された時期です [1]。2 番目は分子雲と原始惑星系円盤で、ポリマーが形成され、降着で機能する可能性が高い場所です [6,9,10]。したがって、このポリマーは宇宙全体で太陽系形成の主要なプレーヤーである可能性があります。3 番目は地球のような惑星への落下後、地球では「大酸化イベント」（GOE）のきっかけとなった可能性があります [9]。4 番目は地球のように生化学が進化する系外惑星で、DNA の形成にヘモグリシンがテンプレートとして関与しているかどうかが問われる可能性があります。グアニンとシトシンのヌクレオチド塩基が形成され、 降下ヘモグリシンの5nmグリシンロッドに結合してグリシンのコーディングを開始する可能性がある[12]。

ヘモグリシンは生化学の範疇外にある、つまり非生物的な分子であり、生物分子ではありません。宇宙の時間の中で5億年後に、0.2～15μmの光子を吸収できる構造として初めて形成され[7,8,9,10]、宇宙全体に存在し、隣接する宇宙化学を駆動するエネルギーを提供した可能性があります。地球のような系外惑星に落下すると、太陽紫外線を吸収し、初期の化学系にエネルギーを供給した可能性があります。したがって、ヘモグリシンは非生物的な光吸収体、エネルギー供給源、物質の蓄積体と考えることができます。2025年には、その構造のより精緻なX線回折セットの取得を支援するために、合成ヘモグリシンの合成が試みられる予定です。現在までに隕石やストロマトライトから発見されたヘモグリシン結晶は、繊維状または複数です[6,8,9]。合成ヘモグリシンと抽出ヘモグリシンのMALDI質量分析フラグメンテーションパターン[5,11]の比較は有益であろう。

1. McGeoch JEM および McGeoch MW (2014) ポリマーアミドを初期トポロジーとして用いる。PLoS ONE 9(7): e103036. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0103036
2. McGeoch JEM および McGeoch MW (2015) アジェンデ隕石およびマーチソン隕石中のポリマーアミド。Meteoritics & Planetary Science 50、Nr12 1971-1983。https ://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.12558
3. McGeoch JEM および McGeoch MW (2017) Acfer-086 および Allende 隕石中の 4641 Da のアミノ酸ポリマー。https ://arxiv.org/pdf/1707.09080.pdf
4. McGeoch MW、Šamoril T.、Zapotok D.、McGeoch JEM (2018) アジェンデ隕石およびAcfer 086隕石中の15Nの担体としてのポリマーアミド。https ://arxiv.org/abs/1811.06578。
5. McGeoch MW、Dikler S.、McGeoch JEM (2021) グリシン、鉄、リチウムを含む隕石タンパク質 https://arxiv.org/abs/2102.10700 . [physics.chem-ph]
6. McGeoch JEM および McGeoch MW (2021) 宇宙ポリマーの構造組織。Physics of Fluids 33、6、6 月 29 日。https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0054860。
7. McGeoch JEM および McGeoch MW (2022) ヘモグリシン空間ポリマーにおけるキラル 480 nm 吸収: 複製との関連性の可能性。Sci. Rept. 12 16198 DOI: 10.1038/s41598-022-21043-4 ライセンス CC BY 4.0
8. McGeoch MW、Owen R.、Jaho S.、McGeoch JEM (2023) X線によって誘発されるヘモグリシンの可視蛍光。J. Chem. Phys. 158, 114901 (2023); https://doi.org/10.1063/5.0143945
9. McGeoch JEM、Frommelt AJ、Owen R.、Cinque G.、McClelland A.、Lageson D.、McGeoch MW (2024) 化石および現生のストロマトライト卵状物質には、グリシンと鉄の隕石ポリマーが含まれている。Int. J. Astrobiology 23、e20、1-21 https://doi.org/10.1017/S1473550424000168 & arXiv:2309.17195 [physics.geo-ph]。
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11. McGeoch JE M および McGeoch MW (2024) 海の泡には宇宙塵由来のヘモグリシンが含まれている。RSC Advances、2024、14、36919 – 36929。https ://doi.org/10.1039/d4ra06881e
12. Lei L. および Burton ZF (2021) 遺伝暗号の進化、Transcription、12:1、28-53、DOI: 10.1080/21541264.2021.1927652