Interaction of sugars and amino acids in determining the origin of chirality
Koji Tamura1,2
1
Department of Biological Science and Technology, Tokyo University of Science, 6-3-1 Niijuku,Katsushika-ku, Tokyo 125-8585, Japan
2Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science, 2641 Yamazaki, Noda,
Chiba 278-8510, Japankoji@rs.tus.ac.jp(Received: October 24, 2016 Accepted: May 20, 2017)(Abstract)
The discovery of chiral-selective aminoacylation ofRNA minihelix has shown the possibility that the Dribose-based “RNA world” was probably establishedfirst and that the stereochemistry of RNA could be thedeterminant of chiral-selectivity of amino acids.
Aminoacylation of tRNA could be the key step in theorigin of amino acid homochirality and once L-aminoacids had been selected, the elongation of L-aminoacids by the ribosome would have synthesized proteins
composed of L-amino acids. However, in considering
the structural features of both nucleotides and aminoacids, the idea of “RNA world” first would need to bealtered. Rather, the stereochemistry of nucleotides andamino acids are interdependent and biologicalhomochirality could have been determined through theprocess of coevolution between nucleotides and aminoacids.

が化学的に不斉自己増殖を行う可能性も指摘されており、「アミノ酸・ポリペプチドが先か？糖・RNA が先か？」に関しては、一見、アミノ酸先行説が有力にも思える。
しかしながら、地球の表面温度でのアミノ酸のラセミ化速度を考慮すると、単に初期のわずかなL−アミノ酸の過剰が、そのまま生物におけるL−アミノ酸の起源につながると考えていいのだろうか、というような疑問も生じてくる。隕石中にL体過剰が見られているアミノ酸は主にα−メチルアミノ酸のみであるのに対し、タンパク質を構成するα−アミノ酸はラセミ化しやすく、実際、隕石中にもラセミ体として存在していることが一般的である[1]。
生命というものを「自己複製」し、「自己維持」するものと考えてみることにする。要は、自分と同じものを作り、それを維持していけるものが生命であると考えよう。「自己複製」を可能にする物質は、タンパク質（アミノ酸の重合体）なのか、RNA（ヌクレオチドの重合体）なのか、と考えた時、答えは自ずから決まってくるように、筆者には思える。さらに、生命の連続性を考える時、現在の生命システムに見られる特徴に注目する必要があるだろう。

(Keywords)
homochirality; chiral-selective aminoacylation;
tRNA; minihelix; stereochemistry; coevolution

キラリティーの起源における糖とアミノ酸の相互作用
田村浩二 1,2
東京理科大学基礎工学部生物工学科
2
東京理科大学総合研究院〒125-8585 東京都葛飾区新宿 6-3-1
koji@rs.tus.ac.jp

１１．地球型生命の特徴
地球型生命は、本質的にタンパク質という触媒分子と核酸という情報分子とから構成されるが、その大きな特徴は生体分子がホモキラルであるということである（L−アミノ酸、D−リボース）。
アミノ酸、リボース共に、化学的な立場からは、鏡像異性体が半々存在していいはずであるが、生命は基本的にその片方しか使っていない。この不思議な現象がどのように生じたかについては、様々な議論がなされてきている。そもそも、生命のような複雑なシステムが、はじめから存在しているはずはなく、だとすると、地球の生成過程を含んだ宇宙のなりたちに遡って議論する必要があるという立場が一般的であろう。昨今のアストロバイオロジー研究の発展も、そのような流れに沿ったものであり、宇宙の円偏光散乱光によりL−アミノ酸が過剰に産生し、隕石や彗星によって地球に運ばれてきたとする説も、その意味ではもっともである。また、素粒子が本質的に持つ弱い相互作用における「パリティーの破れ」によって L−アミノ酸の優位性が生じたとする説もある。
わずかに過剰に L−アミノ酸が存在すれば、それViva Origino 2016, 44, 4© 2016 by SSOEL Japan

1２．RNA ワールドと生命の起源
地球上の生物は、DNA 上の遺伝情報（塩基の並び）を RNA に転写した後、更にタンパク質のアミノ酸配列へと翻訳している。タンパク質合成の場であるリボソームは、タンパク質と RNA との複合体であるが、ペプチド結合を生成する機能を担うリボソームの部位は、RNA から構成されている。RNA が触媒機能を持つことは、今や常識となったが、チェックとアルトマンが独立にその現象を発見した際は、正に異端の説であった[2,3]。しかしながら、この発見により、「核酸が先か、タンパク質が先か」という、分子版「鶏と卵」の問題に、一応の決着をみることになった。地球上の生命は、まず、遺伝情報と触媒の両方の機能を併せ持つ RNA が「RNA ワールド」[4]という世界を構成し、「DNA→RNA→タンパク質」というシステムに進化していった可能性が考えられる。
クリックは、この一方向の情報の流れをセントラ
ル・ドグマと名付けたが、基本的に、これが現在の地球上の生物系の作用原理になっている。
リボソームの活性部位の構造のみならず、多くのリボザイムの発見などにより、「RNA ワールド」が、かつて生命の初期進化において存在したであると、少なくとも私には思える。しかし、「RNAワールド」は、現在の地球上の生命形態ではなく、もし、過去における「RNA ワールド」の存在を認めたとしても、明らかにすべきは、タンパク質（アミノ酸）が如何に生命系に組み込まれたかでViva Origino 2016, 44, 4あり、このことと、地球生命のホモキラル性は密接に関わっているのではないかと考えられる。

非酵素的にアミノアシル化されることが明らかになった。しかも、通常のD−リボースから構成されるRNAはL−アミノ酸と優位に結合し、RNAのリボースをL型に変えると、D−アミノ酸が優位に結合した[10]。

３．タンパク質合成系の起源
現在の生物系においては、tRNA に結合したL−アミノ酸が mRNA の情報に従って、リボソー
４．キラリティーの起源における糖とアミノ酸のム上でつながることで、タンパク質が生成されて相互作用いる。生命進化の連続性を考慮すると、tRNA にL−アミノ酸が結合する過程、つまり「tRNA のア「RNAワールド」が地球生命の初期に存在し、ミノアシル化」の起源を考えることが極めて重要
そこから、タンパク質をも巻き込んだ「RNPワーであろう。
「tRNA のアミノアシル化」は、各アミルド」に進化したという立場に立てば、前節の結ノ酸ごとに存在するアミノアシル tRNA 合成酵
果は、進化の過程で、D−リボースから成るRNA素（aaRS）と呼ばれるタンパク質が、特定のアミによってL−アミノ酸が選択され、タンパク質のノ酸を特定の tRNA に結合させる反応である。一構成成分として利用されるようになったという旦、正しい組合せの tRNA とアミノ酸のペアがで可能性を示唆している[11-14]。しかし、現実はどきれば、tRNA 上のアンチコドンと mRNA 上のコうだろうか？RNAだけから成る純粋な「RNAワドンが相補対を形成することで、DNA 上の情報ールド」は、実際、存在し得るだろうか？
に従って、正しくアミノ酸の配列が決まってくる。
「RNAワールド」の前提となるのは、RNAがRNA トリプレットとアミノ酸との対応関係は既に存在しているという立場である。しかしなが「遺伝暗号」として知られているが、「遺伝暗号」
ら、核酸塩基は割と簡単に生成できるが（例えば、こそ、生命の根幹である[5]。
アデニンはホルムアルデヒド５分子の重合で簡aaRS の構造はアミノ酸ごとによって異なり、単に生成される）、糖と塩基とリン酸が特定間で一見複雑であるが、tRNA のアミノアシル化の反結合した形態を持つヌクレオチドは、そうやすや応形態に注目すれば、見通しがよくなる。この反すと作れるものではない（サザーランドらによる応は、基本的に、アミノ酸の活性化（アミノアシヌクレオチドの合成の報告はあるが[15]、いずれル AMP の生成）とアミノ酸の tRNA への転移とにしても、濃度などの制限の問題はついて回る）。
いう二段階から構成される[6]。アミノアシル
これに対し、現在のタンパク質を構成する20種
AMP は、アミノ酸のカルボキシル基と AMP の類のアミノ酸すべてではないにしても、いくつかリン酸基との間にアミノアシルリン酸結合を形のアミノ酸は原始地球に容易に存在していたで成することによって生成される高エネルギー化あろう。従って、仮にRNAワールドがあったとし合物である。二段階目のアミノ酸の tRNA へのて、その環境では、周りに、こうしたアミノ酸を転移反応は、熱力学的にはダウンヒル反応である。 はじめとする、いくつもの低分子が“山ほど”存アミノアシル AMP が、進化の歴史上、aaRS の在していたと考える方が自然である。ここで注目誕生前に、どのように生成され得たのかという点すべきは、RNAが先であり、その結果、アミノ酸は極めて重要であるが、カチャルスキーらの報告のキラリティーが決まったということよりも、むによれば、前生物学的な条件で、アミノアシル
しろ、D−リボースはL−アミノ酸と相性がよく、AMP が生成されることが分かっている[7]。従っ
L−リボースはD−アミノ酸と相性がよいというて、タンパク質の存在なしに（原始）tRNA がアことである。リボースのキラリティーがアミノ酸ミノアシル化されるメカニズムを探っていくこのキラリティーと密接に関係しているという事とが必要になる。
実だけは確かなようだ。今後、どちらが先かといtRNAは約76ヌクレオチド程度の長さを持つが、 う議論を超えて、RNAとアミノ酸がどのようなL字型の立体構造を構成する二本の腕の片方に相互作用を行いながら、化学反応システムを構築
アミノ酸結合部位があり（アミノ酸は一本鎖のしていったのかを探る必要があるだろう(Fig. 1)。
CCAの端のAに結合する）、もう一方の腕の端にアンチコドンが存在している。前者のヘリックスをミニヘリックスと呼び、この部分が進化的に古い原始
tRNA に 相 当 す る も のと考えられている。ミニヘリックス部分にアンチコドンを含むヘリックスが付け加わることで、現在のtRNAが作り上げられた可能性が高い[8,9]。アミノアシルAMPを模倣した「アミノアシル-リン酸-オリゴヌクレオチド」と架橋分子を用いること
Fig. 1. キラル選択的アミノアシル化に基づく生体分子のホモリラリティーの起源と進化
で、ミニヘリックスが2

Viva Origino 2016, 44, 4
8.

引用文献
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