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[MIS03-P03] 小惑星を模擬した水熱過程でのアミノ酸生成の検討：反応時間と温度の影響
キーワード：アミノ酸、小惑星、熱
緒言
生命誕生の一説として、アミノ酸などの生体関連有機物は、小惑星などを起源として地球外から持ち運ばれた可能性が考えられている。太陽系形成初期の小惑星では26Alなど短寿命放射性核種の放射性崩壊による崩壊熱などにより、様々な分子を含む小惑星の氷が溶けて水質変質が起こり、有機物が形成されたことが知られている[1]。このような液体の水を伴う水熱過程において、HCHO、NH３水溶液からアミノ酸前駆体も形成されることが分かった[2]。本研究では、出発物質の組成、及び温度条件を幅広く設定し、条件によりアミノ酸生成量がどのように変わるのかを検討した。
実験方法
A)に示す各サンプル(i),(ii),(iii)を200μLずつガラス管内に真空封管し、B),C)に示す条件でアミノ酸生成実験を行った。サンプルは6Mの塩酸で酸加水分解を行い(110℃で24h)、乾燥させた後、o-フタルアルデヒド及び、クロロぎ酸9-フルオレニルメチルによる誘導体化を用いて超高速液体クロマトグラフィー(Shimadzu NexeraX2)でアミノ酸の分析を行った。アミノ酸標準溶液試料と各サンプルの分析を行い、定量、定性分析を行った。
実験条件
A. 出発物質の組成 (HCHO :NH3 :CH3OH : H2O = (i) 3 : 7 : 0.5 :100, (ii)7 : 3 : 1.2 :100, (iii)9 : 1 :1.5 :100)
B. 反応温度 (50℃, 150℃, 50℃で反応させた後、温度を100℃に上げてさらに反応させた)
C. 反応時間 (1day ～ 79days)
結果・考察
本実験では最も簡単な構造を持つアミノ酸であるグリシンの生成量に注目した。グリシンは同じ組成のサンプルでも温度が高いほどより多く生成した。また、一般的にホルムアルデヒドの割合が高いほど多くアミノ酸は生成するが、(iii)のように極端にホルムアルデヒドに偏った組成では生成量は少なかった。これはアミノ酸の合成に必要なアンモニアが不足したということが考えられる。
アミノ酸の生成量は反応初期においては増加したが、一定時間を超えるとアミノ酸の生成量は減少に転じた。この傾向は温度が高い方がより顕著にみられた。また、50℃に保持したサンプルにおいて、アミノ酸の生成量が減少に転じた以降、100℃に温度を上げるとアミノ酸の生成量はさらに減少した。アミノ酸の生成はアミノ酸前駆体が生成する反応初期段階の温度が重要であることが分かった。より多くのアミノ酸生成のためには、短期間において高い温度を経験し、すぐに温度を下げることでアミノ酸の生成量を減少させないことが重要であると考えられる。
参考文献
[1] G. D. Cody et al., PNAS 2011, 108, 19171-16.
[2] Y. Kebukawa et al., Sci. Adv. 2017, 3, e1602093.
生命誕生の一説として、アミノ酸などの生体関連有機物は、小惑星などを起源として地球外から持ち運ばれた可能性が考えられている。太陽系形成初期の小惑星では26Alなど短寿命放射性核種の放射性崩壊による崩壊熱などにより、様々な分子を含む小惑星の氷が溶けて水質変質が起こり、有機物が形成されたことが知られている[1]。このような液体の水を伴う水熱過程において、HCHO、NH３水溶液からアミノ酸前駆体も形成されることが分かった[2]。本研究では、出発物質の組成、及び温度条件を幅広く設定し、条件によりアミノ酸生成量がどのように変わるのかを検討した。
実験方法
A)に示す各サンプル(i),(ii),(iii)を200μLずつガラス管内に真空封管し、B),C)に示す条件でアミノ酸生成実験を行った。サンプルは6Mの塩酸で酸加水分解を行い(110℃で24h)、乾燥させた後、o-フタルアルデヒド及び、クロロぎ酸9-フルオレニルメチルによる誘導体化を用いて超高速液体クロマトグラフィー(Shimadzu NexeraX2)でアミノ酸の分析を行った。アミノ酸標準溶液試料と各サンプルの分析を行い、定量、定性分析を行った。
実験条件
A. 出発物質の組成 (HCHO :NH3 :CH3OH : H2O = (i) 3 : 7 : 0.5 :100, (ii)7 : 3 : 1.2 :100, (iii)9 : 1 :1.5 :100)
B. 反応温度 (50℃, 150℃, 50℃で反応させた後、温度を100℃に上げてさらに反応させた)
C. 反応時間 (1day ～ 79days)
結果・考察
本実験では最も簡単な構造を持つアミノ酸であるグリシンの生成量に注目した。グリシンは同じ組成のサンプルでも温度が高いほどより多く生成した。また、一般的にホルムアルデヒドの割合が高いほど多くアミノ酸は生成するが、(iii)のように極端にホルムアルデヒドに偏った組成では生成量は少なかった。これはアミノ酸の合成に必要なアンモニアが不足したということが考えられる。
アミノ酸の生成量は反応初期においては増加したが、一定時間を超えるとアミノ酸の生成量は減少に転じた。この傾向は温度が高い方がより顕著にみられた。また、50℃に保持したサンプルにおいて、アミノ酸の生成量が減少に転じた以降、100℃に温度を上げるとアミノ酸の生成量はさらに減少した。アミノ酸の生成はアミノ酸前駆体が生成する反応初期段階の温度が重要であることが分かった。より多くのアミノ酸生成のためには、短期間において高い温度を経験し、すぐに温度を下げることでアミノ酸の生成量を減少させないことが重要であると考えられる。
参考文献
[1] G. D. Cody et al., PNAS 2011, 108, 19171-16.
[2] Y. Kebukawa et al., Sci. Adv. 2017, 3, e1602093.