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# 生物学 # 生化学

人生の利き手の謎

人生の基礎における左利きの優位性を探る。

Shannon Kim, Marco Todisco, Aleksandar Radakovic, Jack W. Szostak

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人生の左利きのミステリー 人生の左利きのミステリー 生物における左手系分子の好みを調べる。
目次

生き物の世界には、生命の基本的なルールがあるんだ。みんなのDNAはD-ヌクレオチドでできてて、すべてのタンパク質はL-アミノ酸からできてる。まるでダンスパーティーで左の靴だけ使うことになったみたいで、右の靴は置き去り!この奇妙な一貫性は、生命がどう始まったのか、なぜこの一方を選んだのか疑問を投げかけるよ。

左と右の関係は?

化学では、物事は左手と右手の形、つまりエナンチオマーって呼ばれる2つの形で存在する。左手用と右手用の手袋のペアを想像してみて。似てるけど、どちらの手にもフィットしない。生物の中では、D-ヌクレオチドとL-アミノ酸がヌクレオチドとタンパク質のエナンチオマーで、生命にとって必要不可欠なんだ。

生命の初めの日々は、最初から正確に行かなきゃいけなかったんだ。これら2つのタイプを混ぜるのは、左手用の手袋を右手にはめようとするのと同じ。研究によると、DとLのバージョンを混ぜると、生命に必要な反応がめちゃくちゃになることがわかった。ヌクレオチドの複製が崩れちゃって、壊れたダンスムーブのパーティーなんて誰も好かないよね。

生命のニワトリと卵:どっちが先?

質問が残る:D-ヌクレオチドが先にあったのか、L-アミノ酸が先にあったのか?ある科学者たちは、RNA(DNAとタンパク質の仲介者)がD-ヌクレオチドを整理したとき、タンパク質のためのL-アミノ酸の選択に影響を与えたと思ってる。RNAが生命のトレンドセッターになって、L-アミノ酸がスタンダードって決めたみたい。

でも、ここでひねりがある。もしRNAがL-アミノ酸を選ぶ手助けをしたなら、脂質のような他の生物学的分子はどうなんだ?独立して自分の特徴を確立したかもしれないよね。まるでニワトリと卵がそのおいしいオムレツを作ったのはどっちかを解明するような感じだ!

ホモキラリティの回転する車輪

研究者たちは、なぜ生命が左手用なのかの謎を解くためにたくさんの時間を費やしてきた。左手用を作る面白い反応にはソアイ反応やヴィードマ熟成が含まれていて、どちらもおしゃれなカクテルの名前みたい。でも、これらの反応はホモキラルな物質を作るのに有望な結果を示しているけど、生命を始めるための重要な化合物はまだ生まれていない。

最近のアイデアはラッキーマグネットを使ってエナンチオマーを分けること。科学者たちは磁気的に偏極した表面を使ってL-とD-アミノ酸を分けられることを示したんだけど、これは魔法みたいに聞こえるけど、実際には科学的なんだ。この方法はアミノ酸よりもヌクレオチドの方がうまくいったみたい。D-ヌクレオチドをうまく整理できれば、RNAやDNAの形成につながる可能性があって、生命の道を助けられるかも。

トレンドセッターとしてのRNAの役割

伝統に従って、研究者たちはD-RNAがL-アミノ酸と一番相性がいいことに気づいた。いくつかの巧妙な実験が、D-RNAがアミノ酸と相互作用するとLバージョンが特別扱いされることを示した。アミノアシル化(RNAにアミノ酸をくっつけるおしゃれな言葉)を考えてみると、その過程はL-アミノ酸を優遇していることがわかった。まるで左の靴だけに最高のダンスパートナーを選ぶみたい!

例えば、科学者たちはRNAがアミノ酸を引き寄せるためのいくつかの素晴らしい方法を考案した。彼らはさまざまなRNAの構造を使って、どれがどのアミノ酸と相性がいいかを調べた。結果は?L-アミノ酸はD-アミノ酸よりもずっと早くダンスフロアに現れた。

リガーションと加水分解のダンス

さて、リガーションと加水分解って何なんだ?リガーションは2つのダンスパートナーが一緒になること、加水分解はダンス中に起こるめちゃくちゃな別れみたいに考えてみて。ここでRNAとアミノ酸がパートナー。研究者たちがアミノアシル化されたRNA(アミノ酸パートナーを持つRNA)を活性化されたストランドと一緒にすると、左手用のパートナーがいつも注目を浴びることがわかった。

チームは、アラニン、ロイシン、リジン、プロリンという4つの異なるアミノ酸について実験を行って、L-アミノ酸がRNAとペアになるのがD-アミノ酸よりずっと速いことを示した。よく見ると、壊れる(加水分解)のはあまり偏りがないけど、結合(リガーション)は確かに偏ってた。

ちょっとしたコメディのために、全員がタキシードを着た左利きのダンサーと、パジャマを着た右利きの人たちのダンス対決を想像してみて。もちろん、タキシードの方がパジャマより上だよね!

他の要因も関係してる?

結果はワクワクするけど、研究者たちは慎重になってる。すべてがキラリティだけに起因してると仮定するのは良くない。彼らは異なるRNA構造が結果に影響を与えることがわかったけど、それはダンスフロアの種類がダンサーのパフォーマンスを変えるのに似てる。一部のRNA構造はL-アミノ酸が目立つのを助けてた。

チームはまた、結果に影響を及ぼす可能性のある他の変数も排除したかった。加水分解の速度を別々に追跡して、違いを説明できるか確かめた。結局、アミノ酸がRNA構造に与える影響があったけど、それが不均衡な結果の主な理由ではなかったんだ。

音楽椅子のゲーム

研究者たちはこれらの反応をさらに探る中で、繰り返し出てくるテーマに気づいた:RNAがL-アミノ酸でメイクアップされると、本当にビジネスに取り掛かる。L-RNAを使うと、D-アミノ酸を好むみたい!ダンスする人が誰かによってルールが変わる音楽椅子のゲームを想像してみて!

このダンスパーティーは、D-RNAとL-アミノ酸の初期のペアリングが、タンパク質がすべて左手用のアミノ酸だけでできている基盤に戻るかもしれないことを示す完璧なメタファーだ。すべてのタンパク質が左の靴だけで、一緒に踊っていて、右の靴は置き去りにされている世界を想像してみて!

欠けたリンクを求めて

これらの発見があっても、質問は残ってる。科学者たちがD-RNAとL-アミノ酸の関係を探りながら、このパズルの欠けた部分を見つけようとしている。いくつかの反応がL-アミノ酸を優遇するように導くのは明らかだけど、どうしてこうなったの?古代の反応が今日の左手のパーティーの舞台を整えたかもしれないのか?

継続する研究にもかかわらず、L-アミノ酸の最初の選択を作るプロセスはまだ少し混乱していることがわかった。D-RNAの魅力はかなりの影響を与えたみたい。

結論:パズルを組み合わせる

研究者たちがヌクレオチドとアミノ酸のダンスを引き続き調査する中で、生命の左右性のパズルは魅力的だ。RNAが主役として、D-RNAとL-アミノ酸の関係が今日見られる多様な生命の基盤を整えたかもしれない。

左手が支配する世界で、この偏りがどうやって生まれたのか、そしてそれが生命の起源についての私たちの理解に何を意味するのかを考えるのは面白いね。ただ、左手ダンサーたちにはいくつかの秘密があるかもしれない-コードを解読できればだけど!

結局、左の靴が好きでも右の靴が好きでも、みんなは生命のリズムやその始まりの謎を楽しめる。科学のビートに合わせて踊り続けて、どんな新しい発見が待っているか分からないよ!

オリジナルソース

タイトル: Stereoselectivity of Aminoacyl-RNA Loop-closing Ligation

概要: The origin of amino acid homochirality remains an unresolved question in the origin of life. The requirement of enantiopure nucleotides for nonenzymatic RNA copying strongly suggests that homochirality of nucleotides and RNA arose early. However, this leaves open the question of whether and how homochiral RNA subsequently imposed biological homochirality on other metabolites including amino acids. Previous studies have reported moderate stereoselectivity for various aminoacyl-RNA transfer reactions. Here we examine aminoacyl-RNA loop-closing ligation, a reaction that captures aminoacylated RNA in a stable phosphoramidate product, such that the amino acid bridges two nucleotides in the RNA backbone. We find that the rate of this reaction is much higher for RNA aminoacylated with L-amino acids than D-amino acids. We present an RNA sequence that near-exclusively captures L-amino acids in loop-closing ligation. Finally, we demonstrate that ligation of aminoacyl-L-RNA results in inverse stereoselectivity for D-amino acids. The observed stereochemical link between D-RNA and L-amino acids in the synthesis of RNA stem-loops containing bridging amino acids constitutes a stereoselective structure building process. We suggest that this process led to a selection for the evolution of aminoacyl-RNA synthetase ribozymes that were selective for L-amino acids, thereby setting the stage for the subsequent evolution of homochiral peptide and ultimately protein synthesis.

著者: Shannon Kim, Marco Todisco, Aleksandar Radakovic, Jack W. Szostak

最終更新: 2024-11-28 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.26.625528

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.26.625528.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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