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プリン塩基とピリミジン塩基の生成順序?

Posted By fkmild On 2009年3月22日 @ 12:00 PM In ①進化・適応の原理 | 4 Comments

進化史的に見て、核酸塩基のA/G/C/U/Tの生成順序はどうなっているのでしょうか?。
その生成順序が分かれば、「後の原核細胞の分裂や代謝のサイクルを指令するセンサー機能がどのような連鎖シグナルで成立しているのか?」を解明するヒントが得られるかも知れません。
そこで、とりあえず大くくりとして、プリン塩基(A/G)ピリミジン塩基(C/U/T)に着目して、その生成順序の仮説を立ててみます。
Purines%5B1%5D.gif
<主なプリン誘導体:ウィキペディア [1]より>

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●プリン塩基とピリミジン塩基の働き

>大きくはアデニン(A)がエネルギー産生、グアニン(G)がシグナル伝達やタンパク質の連結・機能の調節、他ヌクレオチドの合成、シトシン(C)が脂質合成、ウラシル(U)が糖合成に関わっているのが主な働きのようです。(チミン(T)についてはよく分かりません。)
<以前のエントリー「A/G/T/C/Uの働き?」 [5]より>

●合成順序と再利用の違い

プリン塩基はリボースの上に順次材料を追加して組み上げていく方法で合成する。プリン塩基の材料はグルタミン、グリシン、アスパラギン酸、葉酸(10-ホルミルテトラヒドロ葉酸)である。
ピリミジン塩基は、まずピリミジン環が合成されて完成品をリボース上に乗せる方法で合成する。ピリミジン環の材料はグルタミン、アスパラギン、重炭酸イオンである。
>プリンヌクレオチドが分解されて生じるプリン塩基(アデニンとグアニン)の多くはサルベージ経路により再びプリンヌクレオチド(アデニンヌクレオチドとグアニンヌクレオチド)の合成に使われる。再利用されないプリン塩基は酸化的にイノシン、ヒポキサンチン、キサンチンを経て尿酸になって尿中に排泄される。
ほとんどのピリミジン塩基は再利用されることなく還元的に分解されてβ-アラニンまたは3-アミノイソ酪酸として尿中に排泄される。
リンク [6]より>

●ピリミジン塩基の方がエネルギーを吸収しやすく壊れやすい

>核酸に紫外線照射を行ったとき、一般的にプリン塩基はあまりエネルギーを吸収しないのに、ピリミジン塩基ではそれよりも一桁も多く吸収してこわれやすい。
リンク [7]より>
※ATPとその他のヌクレオチド三リン酸は、ほぼ同等のエネルギーをもつもよう。
>とくにATPは多くの代謝系で共通して利用されている高エネルギー化合物で、γ位およびβ位リン酸の酸無水結合はそれぞれpH7で7.3kcal/mol前後のエネルギーを含む。(中略)他のヌクレオシド-5’三リン酸もATPとほぼ同等の高エネルギー化合物である。
リンク [8]より>

●考察(仮説)
・各々の役割から推測すると、プリン塩基の方が根源的な働きをしているのではないか?生命の原基システムとして何が根源的であるかは、それ自体が超難問であるが、生命がエネルギー産生(A)とシグナル伝達(G)なしには存在し得ないことを考えると、プリン塩基は最も根源的な働きをしている可能性があるのではないだろうか?(脂質合成(C)、糖合成(U)も根源的であることには違いないと思われるが、どの程度根源的かは、継続追求要す。誰か知っていたら教えてください。)
・各々の合成順序と再利用の違いから推測しても、プリン塩基の方が根源的なのではないか?リボースと塩基の合成順序が逆であるということが何を意味しているのかはよく分からないが(誰か知っていたら教えてください)、プリン塩基の方が再利用されるものが多いということは、プリン塩基の方がより貴重で必要度が高く、かつ大量に必要とされるということを意味しているのではないか?
・ピリミジン塩基の方がプリン塩基よりエネルギーを吸収しやすく壊れやすいということから推測しても、やはり、プリン塩基の方が古いのではないか?地球が冷えてゆくにしたがって、生命は細胞内部にエネルギーを蓄積するシステムを進化させていったと考えられるが、プリン塩基の方がエネルギー(紫外線)照射を行っても壊れにくいということは、それだけ高エネルギー状態に適応できていたということを意味しているのではないか?(ピリミジン塩基の方がエネルギーを吸収しやすく壊れやすいというのは、高エネルギー状態では適応できなかったものが、低エネルギー状態になるにつれて適応力を備えていったということを意味しているのでは?)
以上から推測すると、ピリミジン塩基よりプリン塩基の方が古いと考えられるのではないか?


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[5] 「A/G/T/C/Uの働き?」: http://www.biological-j.net/blog/2009/02/000698.html

[6] リンク: http://72.14.235.132/search?q=cache:y3-p50zsdyEJ:diet2005.exblog.jp/2454291/+%E3%83%94%E3%83%AA%E3%83%9F%E3%82%B8%E3%83%B3%E3%80%80%E3%83%81%E3%83%9F%E3%83%B3%E3%80%80%E3%82%B7%E3%83%88%E3%82%B7%E3%83%B3%E3%80%80%E3%82%A6%E3%83%A9%E3%82%B7%E3%83%AB%E3%80%80%E5%90%88%E6%88%90&hl=ja&ct=clnk&cd=12

[7] リンク: http://www.seibutsushi.net/bloghttp://209.85.175.132/search?q=cache:McL25-TkS7MJ:https://www.atomin.go.jp/atomica/09/09020206_1.html+%E3%83%97%E3%83%AA%E3%83%B3%E5%A1%A9%E5%9F%BA%E3%80%80%E3%83%94%E3%83%AA%E3%83%9F%E3%82%B8%E3%83%B3%E5%A1%A9%E5%9F%BA%E3%80%80%E7%94%9F%E6%88%90%E3%80%80%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC&cd=5&hl=ja&ct=clnk

[8] リンク: http://www.tokyo-kasei.ac.jp/~ichimaru/newcurriculum/basicmedicine/datafiles2002/BMA06021930.htm

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