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2014 年度 実施状況報告書

鉱物表面におけるアミノ酸重合挙動の定量的評価

研究課題

研究課題/領域番号 26800276
研究機関東京工業大学

研究代表者

北台 紀夫  東京工業大学, 地球生命研究所, WPI研究員 (80625723)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードアミノ酸 / ペプチド / 生命の化学進化
研究実績の概要

地球上の生命はいつ,どこで,どのように誕生したのか.本研究の目的はこれら根源的な問いに対し科学的な解を与えることであり,その戦略として室内実験による生体分子の反応性の定量的評価を進めている.今回注目している系は鉱物表面におけるアミノ酸の重合化であり,鉱物による重合促進効果を熱力学的に評価している.研究手順は3つに分けられ,まず水溶液中のアミノ酸・ペプチドの熱力学的パラメータを決定し,次に鉱物へのアミノ酸・ペプチドの吸着を平衡論的に評価する.最後にこれら得られたパラメータを組み合わせ,鉱物表面に存在するアミノ酸・ペプチドの熱力学的パラメータを導く.今年度は特に手順1に焦点を当てた.熱力学理論の一つであるthe revised Helgeson-Kirkham-Flowers (HKF) equation of stateを利用し,水溶液中アミノ酸・ペプチドの熱力学パラメータの決定を行った.

この研究による大きな成果として,以下の2つが挙げられる.まず,タンパク質を構成する20種類のアミノ酸に加え,いくつかの非タンパク質アミノ酸(βアラニンなど)の全ての化学種についての熱力学パラメータを決定した.これにより,多様な温度,圧力,pH環境におけるこれらの熱力学的挙動の評価が可能となった.またタンパク質アミノ酸は全て,アミノ基とカルボキシル基が炭素原子1つ分しか離れていないαアミノ酸に分類されるが,この距離がアミノ酸の熱力学的状態に及ぼす影響を系統的に調査することができた.もう一点としては,アミノ酸の重合に必要な熱力学的エネルギーを再評価し,過去に報告された値(約28 kJ mol-1)を大幅に改定した(約17 kJ mol-1).この改訂により,アミノ酸からタンパク質が生成する過程をより正確に予測することが可能となった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究はおおむね順調に進展している.ここまでの研究により,水溶液中のアミノ酸・ペプチドの熱力学的パラメータが十分に決定された.これにより次年度の研究計画の実施に遅れなく移ることができる.実験に必要なセットアップも準備が完了し,使用可能な状況にある.

今後の研究の推進方策

次年度は鉱物へのアミノ酸・ペプチドの吸着を平衡論的に評価していく予定である.今年度に得られたパラメータと組み合わせ,鉱物表面に存在するアミノ酸・ペプチドの熱力学的パラメータを導く.アミノ酸の重合化に対する鉱物の役割を明らかとし,地球上で生命が誕生したメカニズムの理解に繋げていく.

次年度使用額が生じた理由

当初今年度に計画していた実験の一部を次年度に行うこととしたため.

次年度使用額の使用計画

本研究目的を達成するための実験に使用する.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Energetics of amino acid synthesis in alkaline hydrothermal environments2015

    • 著者名/発表者名
      Norio Kitadai
    • 雑誌名

      Origins of Life and Evolution of Biospheres

      巻: 45 ページ: 377-409

    • DOI

      10.1007/s11084-015-9428-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymerization of building blocks of life on Europa and other icy moons2015

    • 著者名/発表者名
      Kimura J. and Kitadai N.
    • 雑誌名

      Astrobiology

      巻: 未定 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A principled approach to the origin problem2015

    • 著者名/発表者名
      Aono M., Kitadai, N., Oono, Y.
    • 雑誌名

      Origins of Life and Evolution of Biospheres

      巻: 未定 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic prediction of glycine polymerization as a function of temperature and pH consistent with experimentally obtained results2014

    • 著者名/発表者名
      Kitadai N.
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Evolution

      巻: 78 ページ: 171-187

    • DOI

      10.1007/s00239-014-9616-1

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of ions on the OH stretching band of water as revealed by ATR-IR spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Kitadai, N., Sawai, T., Tonoue, R., Nakashima, S., Katsura, M., Fukushi, K.
    • 雑誌名

      Journal of Solution Chemistry

      巻: 43 ページ: 1055-1077

    • DOI

      10.1007/s10953-014-0193-0

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Distribution and mineralogy of radioactive Cs in reservoir sediment contaminated by the Fukushima nuclear accident2014

    • 著者名/発表者名
      Aoi, Y., Fukushi, K., Itono, T., Kitadai, N., Kashiwaya, K., Yamada, H., Hatta, T., Manpuku, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 109 ページ: 23-27

    • DOI

      10.2465/jmps.130620c

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] グリシン重合化に及ぼす鉱物種の影響2014

    • 著者名/発表者名
      大西浩之,北台紀夫,福士圭介
    • 学会等名
      日本地球化学会第61回年会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2014-09-16 – 2014-09-18
  • [学会発表] Polymerization of building blocks of life on Europa and other icy moons2014

    • 著者名/発表者名
      Jun Kimura and Norio Kitadai
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress (EPSC)
    • 発表場所
      Cascais, Portugal
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-12
  • [学会発表] Proto-Metabolism ~代謝の起源~2014

    • 著者名/発表者名
      北台紀夫
    • 学会等名
      生命の起源および進化学会 夏の学校
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-08-29 – 2014-08-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 代謝の起源2014

    • 著者名/発表者名
      北台紀夫
    • 学会等名
      日本進化学会第16回大阪大会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2014-08-21 – 2014-08-24
  • [学会発表] Why life uses only α-amino acids as building blocks of proteins? A thermodynamic evaluation2014

    • 著者名/発表者名
      Kitadai, N.
    • 学会等名
      Origins 2014
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] Polymerization of building blocks of life on Europa and other icy moons2014

    • 著者名/発表者名
      Jun Kimura and Norio Kitadai
    • 学会等名
      Origins 2014
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] グリシン重合化に及ぼす鉱物種の影響2014

    • 著者名/発表者名
      大西浩之,北台紀夫,福士圭介
    • 学会等名
      地球惑星科学連合2014年大会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2014-04-28 – 2014-05-02

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公開日: 2016-06-01  

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