プリンの前生物的合成:Prebiotic formation of purines
プリンはアミノ酸と同じ非生物反応で作られる(Joyce1989; Ferris 2005; Shapiro 1988; Levy et al. 2000)。アミノ酸はストレッカー型反応で、アンモニアの存在下でシアン化合物とアルデヒドから、かなり低温(150°)の熱水環境で作られる(Hennet et al. 1992)。アミノ酸はまた、水素シアン化合物の自己凝縮でできたHCN多量体の加水分解で作られる。これらの反応はアルカリ条件を要求しない。
材料のHCNは以下のような化学反応で作られる(Holm et al. 2009)
2CH4 + N2 ->2HCN +3H2
CO + NH3 -> HCN +H2O
これらの反応は、熱(地熱)、紫外線、もしくは放電(雷)で促進される(Leninger 1970)。もう一つの可能性は、アルミニウム酸化物やケイ酸の存在下で高温で起こることがわかっているCH4とNH3からの反応である。つまり、
CH4 +NH3 -> HCN +3H2
HCNから非生物的に有機反応を進めるためには、HCNがまず濃縮されなければならない。一つの可能性は、比較的低いPH時のシアン化鉄のリザーボアへの濃縮で、局所的にPHが高くなると自由HCNが解放される(Arrhenius 2003)。これは、安定なシアノヒドリンへ形成への副反応に関する「ミラーの矛盾」を避けることになる。Russel et al.(2005)らは、アルカリ熱水孔の突起部において、シアン化合物のような極性の強い化合物が新鮮なFeS/Fe3S4の薄膜に保持されるというモデルを提唱している。このモデルにおいては、熱水と海水の境界におけるPHの揺らぎがシアン化合物の吸収と放出を制御している。
プリンは、HCNから二つのルートで作られる。一つは、アミノ酸もつくるHCN多量体を通して、もう一つはHCN四量体ジアミノマレオニトリル(DAMN)を経由するものである。青酸を重合してゆくと、アデニン、グアニン、ヒポキサンチンが形成される(Oro1960; Sanchez et al. 1967)。シアノアセチレンを出発物質とするとシトシンが生成する(Sanchez et al 1966)。
Joyce, G.F. RNA evolution and the origin of life, Nature 1989, 338,217-224.
Ferris, J.P. catalysis and prebiotic synthesis, review in Mineralogy and Geochemistry, 2005, 59, 187-210.
Shapiro R: Prebiotic ribose synthesis: A critical analysis. Origins Life Evol Biosphere 1988, 18:71-85.
Levy M, Miller SL, Brinton K, Bada JL: Prebiotic synthesis of adenine and amino acids under Europa-like conditions. Icarus 2000, 145:609-613.
Hennet RJ-C, Holm NG, Engel MH: Abiotic synthesis of amino
acids under hydrothermal conditions and the origin of life: A perpetual phenomenon? Naturwissenschaften 1992, 79:361-365.
Holm N.G. and Neubeck A. 2009, Reduction of nitrogem compounds in oceanic basement and its implications for HCN formation and abitotic organic synthesis, Geochemical Transactions, 10:9 1-11.
Lehninger AL: Biochemistry New York: Worth; 1970.
Arrhenius T, Arrhenius G, Paplawski W: Archean geochemistry of formaldehyde and cyanide and the oligomerization of cyanohydrin. Origins Life Evol Biosphere 1994, 24:1-17
Russell MJ, Hall AJ, Boyce AJ, Fallick AE: On hydrothermal convection systems and the emergence of life. Econ Geol 2005, 100:419-438.
Oro’ J. 1960. Synthesis of adenine from ammonium cyanide.
Biochem Biophys Res Commun 2:407-412.
Sanchez RA, Ferris JP, Orgel LE. 1967. Studies in prebiotic
synthesis II. Synthesis of purine precursors and amino acids from aqueous hydrogen cyanide J. Mol. Biol. 30:223-253.
Sanchez R.A. 1966, Conditions for Purine Synthesis: Did Prebiotic Synthesis Occur at Low Temperatures?, Science, 153, 72-73.