Transcript 講義資料4
複製する分子組織体 自己複製する分子 Rebekの自己複製分子 Ghadiriの自己複製ペプチド 硤合の不斉自己触媒反応 自己触媒反応 A B B 生成物がその反応の触媒となる反応 生成物がその反応を加速する 自分と同じものを作る選択性が高い DNAにおける自己触媒 反応： １本鎖に解けたDNA鎖 が、DNAポリメラーゼに よるヌクレオチドの重合 反応を開始、制御する。 １次の自己触媒反応 従って変化する。 B の速度式は 。AとBの濃度はそれぞれ次式に 自己触媒反応の生成物濃 度は反応時間に対してS字 カーブを描く。 反応初期は触媒となるBの 濃度が低いため反応速度 は低いが、反応の進行とと もに触媒の濃度が高まり、 反応は加速され、最後は反 応原料Aが消費され反応は 減速する。 Julius Rebekの分子認識 Julius Rebek Science, Vol 263, Issue 5151, 1267-1268 水素結合 水素結合とは、 窒素、酸素、硫黄、ハロゲンなどの電気陰性度が大きな原子（陰性原子）に 共有結合で結びついた水素原子が、近傍に位置した他の原子の孤立電子 対とつくる非共有結合性の引力的相互作用である。分子間力のひとつ。 ペプチド α H N H O N N N H N H N H N H N N β O H N H DNAの塩基対における水素結合 Julius Rebekの自己複製分子 イミドの窒素をメチル基で置換した2bの反応性は1/10 2,6-diacylaminopyridineは1と2aの反応を阻害する。 3がない時には1と2aが水素結合した6を経由して反応が進行 7が生成するとアミド部がシ ス体からより安定なトランス 体3に変化し、鋳型となる 鋳型分子3が存在すると1, 2, 3の複合体として8が形成され効率よく、3の2量体である4が 生成する。 1と2aの会合定数から見積もった8の濃度は2%。しかし、反応速度は40%増大した。8から の反応の効率が高いことがわかる。 ・自己複製分子系で自己触媒作用を実現した。 ・これは初歩的ではあるが、生命のサインとい える。 ・また、生命発生の初期過程で起こったはずの、 核酸の情報とペプチドの化学結合であるアミド 形成をつなぐ例でもある。 Ghadiriのペプチド組織体 M. Reza Ghadiri 自己複製ペプチドのコンセプト 灰色：テンプレートペプチド 青： 求電子性ペプチド（フリーのカルボン酸） 赤： 求核性ペプチド（フリーのアミノ基） 複合体ではペプチドはαへリックスを形成 ロイシンジッパーを介する複合体を形成するペプチド ロイシンジッパー（Leucine zipper）はタンパク質の二次構造のモチーフの1つで、平行に 並んだαヘリックスによる接着力を持つ。7 アミノ酸残基ごとにロイシンが現れるペプチド鎖 同士の分子間相互作用による。遺伝子発現の調整に関わるタンパク質などの二量化した ドメインに共通して見られる。 ロイシン バリン S. B. Kentのチオエステル活性化ペプチド形成法 ・pH7の水中でN末端にシステインを有するペプチドとC末端をチオエステルで活性化 したペプチドの間で選択的にペプチド鎖形成が起こる。 Science, Vol 266, Issue 5186, 776-779 逆相HPLCによる反応の追跡 E BnSH N N： フリーのアミノ基を有するペプチド E: フリーのカルボン酸を有するペプチド T：鋳型ペプチド（生成物） BnSH: ベンジルメルカプタン（チオエステルを形成する活性化剤） 鋳型ペプチドの形成反応 ４０μM ２０μM １０μM ５μM 鋳型ペプチドの初期濃度０μM ・反応速度は鋳型ペプチドの初期濃度の増加とともに増加する ・鋳型ペプチドの初期濃度０ μMの反応では若干S字型の変化を示す。 自己触媒反応が起こっている Nature 382, 525 - 528 (1996) 本当に３つのペプチドが複合化した aから反応が起こっているのか？ △ Tを鋳型ペプチドとして使用 ● 鋳型ペプチドなし ▲ E部のロイシンの一つをグルタミン酸に変えたTを鋳型ペプチドとして使用 □ N部のロイシンの一つをグルタミン酸に変えたTを鋳型ペプチドとして使用 ・ロイシンジッパーの機構による特定のアミノ酸配列を有するペプチド間相 互作用を利用して合成ペプチドで自己触媒反応系を実現した。 ・ペプチドや蛋白質は現在でも最も重要な生体分子の一つであるが、簡単 な合成ペプチドで自己複製が実現された結果は、ペプチドが生命のオリジ ンであった可能性を示唆する。 ・ただし、Rebekの例でも同じであるが、鋳型分子が存在しない場合でも、 反応速度は低下するものの同じ反応が進行する点がDNAの自己複製と は異なる。 不斉自己触媒反応 n 触媒量の n + n 触媒量の 硤合 憲三 n 硤合の不斉自己触媒反応 H O OH i-Pr2Zn OZni-Pr N R + N 不斉自己 触媒反応 N R = N N N OH i-Pr2Zn R H+ N キラル触媒存在下でのアルデヒドのジアルキル亜鉛による不斉 アルキル化反応は知られていたが、ピリミジンアルデヒドのアル キル化では生成物の立体構造が触媒反応の不斉を同じ構造に に導いた。 N R キラリティーが増幅される ・A1は５％e.e.（鏡像異性体過剰率）の触媒を使って行った反応。生成物のe.e.は触媒のe.e. よりも増大している。 ・A2は、A1の反応で得られた３９％e.e.の生成物を触媒として利用。生成物のe.e.は７６％と さらに上昇している。これを５回繰り返すと最初５％だったe.e.が８９％まで上昇している。 ・自分と同じ構造とキラリティーを持った分子を生産する。（キラリ ティーまで含む自己複製） ・わずかな鏡像異性体過剰率さえ存在すれば、触媒反応の過程 でその差を増幅することができる。（キラル増殖） アミノ酸や糖に代表される生体分子のホモキラリティー（一方の鏡 像異性体に占められていること）の成り立ちに関するメカニズムと して、不斉自己触媒反応を含むキラル増殖を考えることができる。