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Shielding from UV Photodamage: Implications for Surficial Origins of Life Chemistry on the Early Earth
ACS Earth and Space Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2021-01-29 , DOI: 10.1021/acsearthspacechem.0c00270
Zoe R Todd 1, 2 , Jack W Szostak 2 , Dimitar D Sasselov 1
Affiliation  

UV light has been invoked as a source of energy for driving prebiotic chemistry, but such high energy photons are also known to cause damage to biomolecules and their precursors. One potential mechanism for increasing the lifetime of UV-photounstable molecules is to invoke a protection or shielding mechanism. UV shielding could either occur by the molecule in question itself (self-shielding) or by the presence of other UV-absorbing molecules. We investigate and illustrate these two shielding mechanisms as means of increasing the lifetime of 2-aminooxazole (AO), a prebiotic precursor molecule moderately susceptible to UV photodamage, with an expected half-life of 7 h on the surface of the early Earth. AO can be protected by being present in high concentrations, such that it self-shields. AO can similarly be protected by the presence of UV-absorbing nucleosides; the degree of protection depends on the concentration and identity of the nucleoside. The purine nucleosides (A, G, and I) confer more protection than the pyrimidines (C and U). We find that 0.1 mM purine ribonucleosides affords AO about the same protection as 1 mM AO self-shielding, corresponding to a lifetime enhancement of 2–3×. This suggests that only a modest yield of nucleosides can potentially allow for protection of UV photounstable molecules, and therefore this could be a plausible mechanism for protecting sensitive molecules while prebiotic synthesis is occurring simultaneously. Our findings suggest that both synthetic and degradative reactions can proceed at the same time, given various degrees of shielding.

中文翻译:

屏蔽紫外线光损伤:对早期地球生命化学表面起源的影响

紫外光已被用作驱动益生元化学的能量来源,但这种高能光子也会对生物分子及其前体造成损害。增加紫外光不稳定分子寿命的一种潜在机制是调用保护或屏蔽机制。紫外线屏蔽可以由所讨论的分子本身(自屏蔽)或其他紫外线吸收分子的存在而发生。我们研究并说明了这两种屏蔽机制作为增加 2-氨基恶唑 (AO) 寿命的手段,AO 是一种对紫外线光损伤中等敏感的益生元前体分子,在早期地球表面的预期半衰期为 7 小时。AO可以通过以高浓度存在来保护,这样它就可以自我屏蔽。AO 可以同样受到紫外线吸收核苷的保护;保护程度取决于核苷的浓度和特性。嘌呤核苷(A、G 和 I)比嘧啶(C 和 U)提供更多保护。我们发现 0.1 mM 嘌呤核糖核苷提供的 AO 保护与 1 mM AO 自屏蔽大致相同,对应于 2-3 倍的寿命增强。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。保护程度取决于核苷的浓度和特性。嘌呤核苷(A、G 和 I)比嘧啶(C 和 U)提供更多保护。我们发现 0.1 mM 嘌呤核糖核苷提供的 AO 保护与 1 mM AO 自屏蔽大致相同,对应于 2-3 倍的寿命增强。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。保护程度取决于核苷的浓度和特性。嘌呤核苷(A、G 和 I)比嘧啶(C 和 U)提供更多保护。我们发现 0.1 mM 嘌呤核糖核苷提供的 AO 保护与 1 mM AO 自屏蔽大致相同,对应于 2-3 倍的寿命增强。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。和 I) 比嘧啶 (C 和 U) 提供更多的保护。我们发现 0.1 mM 嘌呤核糖核苷提供的 AO 保护与 1 mM AO 自屏蔽大致相同,对应于 2-3 倍的寿命增强。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。和 I) 比嘧啶 (C 和 U) 提供更多的保护。我们发现 0.1 mM 嘌呤核糖核苷提供的 AO 保护与 1 mM AO 自屏蔽大致相同,对应于 2-3 倍的寿命增强。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。这表明只有适度产量的核苷才能潜在地保护紫外线光不稳定分子,因此这可能是在益生元合成同时发生的同时保护敏感分子的合理机制。我们的研究结果表明,考虑到不同程度的屏蔽,合成和降解反应可以同时进行。
更新日期:2021-02-18
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