せん断荷重下で重合したグリシン

ビデオ: せん断荷重下で重合したグリシン

ビデオ: せん断応力はどこに作用しているか? 2022, 12月
せん断荷重下で重合したグリシン
せん断荷重下で重合したグリシン
Anonim
Image
Image

グリシルグリシンおよびトリオールへの3つのグリシン分子の新しい縮合反応は、せん断荷重下で現れました

アメリカの物理学者は、仮想ダイヤモンドアンビル間の12個のグリシン分子のせん断荷重をモデル化しました-化学結合分析を使用して、多くの重い分子と、3個のグリシン分子の二量体とトリオールへの未知の縮合反応を発見しました。これはせん断荷重の下でのみ発生します。隕石衝突時のグリシンからの分子のプレバイオティクス合成がシミュレートされた記事が、ChemicalScience誌に掲載されました。

私たちの惑星(そして潜在的に他の惑星)の生命の起源は完全には理解されていません-今日、最初の生物学的構造が古代の地球の状態でどのように現れたかについての多くの理論があります。極端な条件下で複雑なタンパク質構造を形成するには、建築材料であるアミノ酸が必要でした。最も単純なアミノ酸であるグリシンは、隕石や彗星ですでに発見されています。多くの著者は、アミノ酸からのタンパク質形成の独自のバージョンを提案しています。たとえば、これは、水中の熱水噴出孔や隕石の落下によって促進される可能性があります。

科学者たちはすでにアミノ酸の衝撃圧縮の実験とシミュレーションを行っています。たとえば、5〜21ギガパスカルの圧力および412〜870ケルビンの温度範囲では、グリシンから二量体が得られ、26ギガパスカルおよび77ケルビンの温度では、グリシンとアラニンが反応して三量体を形成します。しかし、それほど厳しくない条件下でも、5〜100メガパスカルの圧力で乾燥グリシンから最大10グリシン単位のオリゴマーが得られますが、この反応は進行するのに1か月かかります。同時に、プレバイオティクス合成に対するせん断荷重の影響の領域はまだ影響を受けませんが、それらは活性化エネルギーを局所的に低下させ、それによって反応の過程を加速することができます。

ローレンスリバモア国立研究所のBradA。Steeleらは、分子動力学シミュレーションを使用して仮想回転ダイヤモンドアンビル法を適用しました。このシミュレーションアプローチは、同様の目的で作業するよりも現実的ですが、せん断荷重が周期的にシミュレートされた格子に仮想的に適用されます。

シミュレートするために、物理学者は電荷密度関数の自己無撞着な密結合法を使用しました。この場合、ダイヤモンドアンビルは、(111)面に境界水素原子を持つ2つの2D周期的ダイヤモンド結晶で構成されていました。この構成は、アンビル表面の双極子モーメントの寄与を減らすために選択されました。ダイヤモンドアンビルの間に、12個のグリシン分子がランダムな方向に配置されました。圧力を上げるために、科学者はアンビル間の距離を縮め、一方、アンビルの1つは圧縮下で回転しました。科学者は2つの回転速度を選択しました。1ピコ秒あたり1.5オングストロームです。これは隕石の衝突時のせん断速度に対応します(物理学者は地球の条件下で可能な上限を探していました)。

Image
Image

シミュレーション図:(左)x軸に沿ったビュー、(右)y軸に沿ったビュー。 2つのダイヤモンドアンビル間のグリシン分子

Image
Image

加えられた圧力のアンビル間の距離への依存性

物理学者は、グリシン分子の原子の軌道を計算することにより、結合長と寿命によって化合物を決定しました。これに基づいて、彼らは各軌道の分子の質量分率と予測された各物質の濃度を計算しました。その結果、著者は、異なる圧力(2、9から15、6ギガパスカル)および異なるアンビル回転速度(ピコ秒あたり1.5オングストローム)で10回の実験を採用しました-各条件について、シミュレーションは10回実行されました。統計を収集するために25ピコ秒。

化学結合の分析に基づいて、最大6、7ギガパスカルの圧力で、著者は両方の回転速度でグリシン分子の原子配置にわずかな変化しか見られませんでしたが、より高い圧力(10、2、15、6ギガパスカル)では、変化は重要であることが判明しました-12分子のうち、グリシンは256の異なる分子を生成し、その多くは不安定で、50ピコ秒未満で崩壊しました。発見された安定した分子の中で、物理学者は2つのカテゴリを特定しました。グリシンのオリゴマー。炭素、酸素、窒素の比率がグリシンの比率と一致します。また、質量がグリシン三量体の質量よりも大きく、質量含有量が2パーセントを超える安定した大きな分子のカテゴリー。

Image
Image

質量分率は、10、2GPaの圧力で10回の実験にわたって平均化されました

Image
Image

質量分率は、15.6GPaの圧力で10回の実験にわたって平均化されました

検出された分子の質量スペクトルを追跡した後、科学者は次の傾向を確立しました。より多くの圧力が加えられるほど、より多くのグリシン分子が、二量体、他のポリペプチド、および環状分子を含む大きな分子を形成します。二量体と三量体の含有量も減少し、より大きなオリゴマーが支持されました-記事の著者は、それらが安定した重分子への途中の中間体であることを示唆しています。科学者はせん断速度への正確な依存性を確立していませんが、回転がない場合、得られる大きな分子ははるかに少なくなります。

Image
Image

発見された安定分子のクラス:グリシン様、二量体様、その他の中型分子、二量体および三量体の質量当量、環状分子および小分子

Image
Image

C-C、C-O、C-N結合を介してリンクされた大きな分子を発見

予想外の結果から、物理学者は水を形成せずに二量体の形成を特定しました-そのような反応の分子動力学を綿密に調べて、科学者は二量体とトリオールの形成を伴う3つのグリシン分子間の反応を記録しました。その後のせん断荷重により、他の重い分子に組み込まれました。同時に、せん断荷重がない場合、そのような反応は観察されませんでした。さらに、アキラルな前駆体からの小さな天然の複素環(ジオキソランおよびオキサゾール)およびキラル分子の形成も予想外でした。したがって、この記事の著者は、衝撃せん断荷重下で最も単純なアミノ酸を使用して、地球上の生命の起源の間にどのような反応が発生する可能性があるかを示しました。

隕石はおそらく地球上の生命の起源に大きく貢献しました。少し前まで、天文学者は8億年前に起こった月の流星群の痕跡を発見しました。彼らは地球にリンをもたらした可能性があります-生命の発達のためのもう一つの重要な要素。

トピックによって人気があります

人気の投稿