介绍

我们对最早的生命形式一无所知，但它们是达尔文的后代，关于它们的出现问题，可以从惰性向生命过渡的角度来解决。“地球化学连续性”1假设认为，在生命进化的某个阶段，代谢途径的关键部分再现了以前在非生物环境中发生的反应。它既简洁又可证伪，也与生命是在一个连续的过程中发展而不是作为一个“反常的事故”的观点相一致。此外，来自简单的丰富前体的代谢原途径可以不断地补充生化构建块，避免外源性递送场景中遇到的耗竭问题2，3.。在这个假设中，定义生命的结构(代谢、信息、隔室)可能是沿着相同的一般路径开始的，但与我们今天在生物体中观察到的相比，有其他的动力学(无机的，包括异质的，催化)和热力学控制(宏观环境波动产生的自由能)4，5。

在这条思路中，我们正在探索核苷酸生物合成的典型代谢序列，即嘧啶的从头合成(旋酸途径)，目的是将其转置到非生物环境中。非酶促嘧啶生物合成最近一直是非常感兴趣的对象，无论是通过旋转途径的转位尝试6或通过涉及不同前体的替代途径7。在之前的一篇文章中，我们考虑了氨甲酰磷酸酯的益生元潜力，氨甲酰磷酸酯是一种用于该生化途径开始的活化氨甲酰化剂。在本研究中，我们集中研究了尿嘧啶框架的7原子前体n -氨基甲酰天冬氨酸(NCA)的形成。

NCA，也叫尿苷琥珀酸8它存在于从细菌到真核生物的所有生物中。NCA存在于细胞质、排泄物(唾液)和器官(前列腺)中。它是由氨基甲酰磷酸和l -天冬氨酸通过天冬氨酸氨基甲酰转移酶(ATCase)的作用合成的。9。由于它在天冬氨酸和嘧啶代谢中起关键作用，它参与了一些功能障碍，如Canavan病和二氢嘧啶酶缺乏症10。

经过一个额外的环化步骤，NCA形成了乳香酸的核心骨架11，12是尿嘧啶的前体5，13，14(无花果。1)，因此，检验地球化学连续性假设是否有效是一个重要的益生元目标。

图1
图1

目前沿旋合途径的体内嘧啶生物合成。这里研究的步骤是框式的。

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在之前的研究中，我们发现在益生元条件下，氨甲酰磷酸(CP)相当不稳定，但产生另外两种仍然含有富含能量的氨甲酰部分的分子:氰酸酯和尿素15。因此，CP本身不太可能参与益生元氨基酰基化途径。然而，氰酸盐和尿素型化合物作为替代氨基甲酰化剂的潜力值得探索。在益生元环境中，氰酸盐和尿素样化合物可以通过几种途径产生，与氨基甲酰磷酸盐相反16。因此，我们首先研究了在碱性水条件下通过氰酸盐和l -天冬氨酸反应合成NCA的方法。然后，我们还评估了涉及干燥步骤的矿物表面情景，以测试地球化学连续性假设的预测，包括矿物催化剂可以模仿酶的作用的想法(图2)。2)。

图2
图2

NCA形成的三种场景。

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结果

与氰酸盐水溶液中NCA的形成

在我们的第一个实验中，氨基甲酰供体是氰酸钠，在基本条件下与天冬氨酸反应(见方法)。事实上，天冬氨酸的n -氨基甲酰化很早以前就在纽约市的治疗方案中使用了17用来合成香醇酸。Commeyras团队进一步探索了氰酸酯对通用氨基酸的n -氨基甲酰化18，19。

将最初含有天冬氨酸和氰酸钠1:1比例的氢氧化钠溶液在25℃下反应16小时，取样并直接在氘化水中进行分析1H NMR。两组信号是可识别的(图1)。S1)。天冬氨酸钠(图2)3.)由四个信号组成，分别对应NH、Hα和两个Hβ质子，后者与第二组信号重叠。同样，第二组由四个信号组成，分别对应于NH, Hα和两个Hβ质子，后者与第一组信号重叠。这与NCA相吻合，NCA是一种与天冬氨酸具有相同类型质子的分子，只是受到氨基化的轻微干扰。

图3
图3

天冬氨酸与NCA分子结构的比较。添加的氨基甲酰函数用蓝色表示。

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两个集合的识别完全符合COSY相关性(图2)。S2)。小峰相关为一组(Asp)，而所有主要峰(NCA)相关在一起。在每个集合中，Hα与H相关β以J开头3.高度差。另外，两个Hβ是用J来关联的吗2高度差。13核磁共振证实了分配(图2)。S3)。DEPT 135采集图。S4)对每组信号进行区分。一个额外的13在162.0 ppm时，C信号与氢原子无关，被鉴定为氰酸盐部分分解产生的碳酸盐15，20.。HSQC与HMBC相关性(图2)S5和S6)有助于毫无歧义地连接碳和氢。这些结果为成功形成的NCA地层提供了清晰的光谱特征。2)。

通过对质子信号的积分，得到16 h后NCA的平均产率为92%。经过进一步的进化，23天后发现它为88%(图2)。S7和S8)，一年后为91%(图2)。S9)。因此，尽管pH值分别从6.96到8.66，再到9.41,NCA在很长一段时间内保持稳定(或者说亚稳态)。相比之下，在8.3 mM浓度和pH为8的条件下，使用氨甲酰磷酸(代替氰酸盐)和天冬氨酸，Yi等人以37%的产率获得了NCA6。

在尿素和双缩脲的水溶液中不形成NCA

在与上一实验相同的条件下进行了两个实验(见方法部分)，但氰酸盐被其他潜在的氨基甲酰供体所取代。

双缩脲，由尿素二聚而成21，22，23这也与益生元有关24，25，26，27。从理论上讲，每个双缩脲分子可以在图中所示的两个连续反应后使两个天冬氨酸氨基化。4:因此，虽然“氨基甲酰化剂”的浓度与前一实验相同，但氨基甲酰与天冬氨酸的比例为2:1，而不是1:1。

图4
图4

双缩脲作为潜在的双氨基甲酰供体。

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在25℃下反应16 h后，用1氢核磁共振(图1)S10)。只有一组四种信号存在，并归因于天冬氨酸(图2)。3.)。这种反应性的缺乏得到了COSY相关性的证实。S11)。可以得出结论，在16小时内没有可检测到的NCA的形成。监测进化的时间更长:在23天后，甚至在10个月后，只检测到未修饰的天冬氨酸(图2)。S12和向)。

由于该反应在平衡状态下的预期产率理论上为99.98%，根据反应ΔrG°'(反应的标准转化摩尔自由焓，- 44.1 kJ/mol)，我们可以得出双缩脲-天冬氨酸反应具有极慢的动力学。我们不能排除在很长一段时间内(超过几年)双缩脲氨基甲酰化可能发生，但无论如何，动力学竞争将有利于氰酸盐作为氨基甲酰化试剂——更不用说酰胺键水解NCA分解的速度将与其形成的速度相当。

尿素也是一种潜在的氨基甲酰化剂8但在考虑的条件下(16小时，25°C)，天冬氨酸保持不变(图2)。S14系列)。

Asp与活性磷酸盐在水溶液中的二聚化

氨基甲酸酯本身(-O2C-NH2)不能是一个有效的氨基甲酰化剂，因为它的自由焓含量太低:计算Δr氨基甲酸酯和天冬氨酸形成NCA的G°'在所有pH值下都是正的。5)。然而，人们可能会认为，添加富含能量的试剂，如磷酸化剂，可以使天冬氨酸氨基甲酸酯氨基化。由于该分子及其降解产物在益生元化学中有广泛的应用，三甲基磷酸酯化学在这方面似乎很有前景28，29;甚至有人提出，“RNA世界”的特点是使用三甲基磷酸盐作为能量来源30.，31。

图5
图5

左图:生物和非生物天冬氨酸和氨基甲酸酯形成NCA平衡的转化吉布斯反应自由能的pH依赖性(一个)、尿素(b)、氰酸盐(c)、磷酸氨甲酰(d)和双缩脲(e)。当pMg = 5，离子强度= 1m时，计算出这些值。右:对应的反应，通常所有的试剂都以完全质子化的形式书写。

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为了验证这一想法，在70°C下进行66 h的三偏磷酸氨解产生的磷酸化剂溶液15)与l -天冬氨酸和氨基甲酸铵在100℃下反应，用1H和13C NMR。目标反应-天冬氨酸与氨基甲酸酯的缩合-没有发生，但天冬氨酸的初始信号仍然被深刻地改变了。

每一种的加倍1l -天冬氨酸的氢核磁共振信号可以作为二聚化反应的证据32。l -天冬氨酸的分裂信号存在于1氢核磁共振可以明确地归因于Asp-Asp二聚体(图2)。S15和S16）32，我们将其命名为β-Asp-Asp。热合成的聚天冬氨酸的α/β比为1/1.333。因此，热聚合几乎没有选择性;相反，我们的反应似乎形成了一种单一的化合物。

因此，磷酰胺中包含的自由焓被转移到其他高能键上，即Asp-Asp二聚体中的肽键，这为Osumah和Krishnamurthy强调的磷酸酰胺作为偶联剂的多功能性提供了另一个例子34;但它并没有导致NCA的形成。

岩石中的NCA:二氧化硅的初步研究

非晶二氧化硅(SiO)2)被认为是有效的益生元缩合反应，特别是那些氨基酸到肽35是一种益生元矿物质36，37，38。它是一种中酸性催化剂，其催化性能取决于氢键和硅醇的酸度39，40。因此，我们在二氧化硅上与氰酸盐或尿素共吸附天冬氨酸，也与氨基甲酸酯和碳酸铵共吸附天冬氨酸。大多数这些潜在的氨基甲酰化剂在室温下干燥，即在它们与天冬氨酸分子反应之前就被消除了，正如干燥系统的透射红外光谱所显示的那样(图5)。肌力)。对于(天冬氨酸+氰酸盐)、(天冬氨酸+氨基甲酸酯)和(天冬氨酸+碳酸盐)体系，只观察到天冬氨酸吸附的条带，表明另一伴体在气相中丢失。对于SiO上的(天冬氨酸+尿素)2但随后的TG + MS研究表明，尿素在140°C时热分解，不与天冬氨酸发生反应。

岩石上的NCA:菱镁矿的热活化

由于氨甲酰化在酸性二氧化硅上失败，我们转向具有基本性质的矿物支持。水镁石(毫克(哦)2)将是一个候选者，已经研究了天冬氨酸的吸附和反应性41，42。但是，在指挥官在场的情况下2-富气，水镁石碳化为菱镁矿(MgCO)3.）43，44，45，46，47，镁方石(MgO)也是如此。48。因此，我们选择菱镁矿作为支撑材料。还有天冬氨酸和镁2 +MgCO离子3.溶解迅速形成天冬氨酸复合物49，50，这促使我们选择Mg(Asp)2用于Asp沉积。尽管被标榜为美高阁3.粉末XRD研究表明，浸渍干燥后的矿物相始终为氢菱镁矿(Mg)5(有限公司3.）4(哦)2h·42O)51，52(无花果。S19)。在生物分子浸渍的氢菱镁矿中，XRD未观察到有机分子的结晶(图5)。S20，S22，S24和S26)。

浸渍后，在可变温度下干燥(表S1)，固体样品直接用氘水解吸。对解吸溶液进行了分析1H(无花果。S25，S27，S28和S29)，并与参比化合物的光谱进行比较(图2)。S18，S21和S23)。氢菱镁矿是部分可溶的，所以有机分子被吸附在矿物上而不被分析的可能性可以忽略不计。根据1H信号整合后，室温干燥后已经观察到大量的NCA，并且通过热处理提高了NCA收率。最佳产率似乎在150°C时达到。S27、表S1)。在230°C时，出现了新的信号，可能是NCA和聚asp或聚琥珀酰亚胺的分解产物(图2)。S29)。

在25℃和140℃条件下，对双缩脲和二天冬氨酸镁在菱镁矿上的反应进行了两次尝试。没有发生缩合反应，由1氢核磁共振(图)S30和S31)。

讨论

水溶液中NCA的形成:热力学和动力学

生物化合物形成的热力学和动力学参数在许多生物化学研究中受到重视，特别是在生物能学和酶催化两个子领域。相比之下，它们在生命起源的研究中经常被忽视，尽管在某些情况下已经发表了严谨而有见地的数据53，54。

判断某一特定益生元反应在热力学上是否可行的第一个粗略指标是反应的标准(吉布斯)自由能，ΔrG°，或恒定pH下的转化值，ΔrG°”。数字5显示理论上期望的Δr对于水溶液中天冬氨酸和几种可能的氨基甲酰化试剂的NCA形成反应，G°'作为溶液ph的函数。这些估计允许区分两组潜在的氨基甲酰化剂。对于氨基甲酸酯和尿素，反应应该是吸氧的，尽管尿素的反应只是轻微的，因此这两种分子(尤其是氨基甲酸酯)不太可能在溶液中进行氨基甲酰化。相反，天冬氨酸氨基甲酰磷酸酯(目前的生化试剂)、氰酸酯和双缩脲的氨基甲酰化反应应该是人体能的。这些值是ph依赖性的，对双缩脲和氰酸盐来说是如此;与后者的反应在pH < 4时变得不利，相反，在高pH下它是一种更有前途的氨基甲酰化剂。

而ΔrG°(分别地。ΔrG°')允许计算平衡常数K (p。K′)，平衡反应产率除了取决于pH值外，还取决于所有试剂的初始浓度。例如，c)与氰酸盐的反应是一个简单的缩合反应，如果总浓度增加，则应进一步向前进行。作为说明，图。6显示了在初始氰酸盐与天冬氨酸摩尔比为1:1，浓度为50 × 10时，预期的NCA产率(平衡时)作为pH的函数3mol.L1(我们的条件)和25 × 106mol.L1。

图6
图6

NCA的理论平衡产率随pH值的函数一个°C)Asp= C°氰酸= 50 mmol。l−1, (b°C)Asp= C°氰酸= 25µmol。l−1。

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在我们使用的条件下，在pH≥5的所有条件下，氨基甲酰化率预计至少为96%，即使在微摩尔范围内，在pH≥6的条件下，氨基甲酰化率也应达到50%。同样，使用氨甲酰磷酸有望获得优异的产量，而使用双缩脲则有望获得更高的产量。

实验结果表明，天冬氨酸氨基甲酰化与氰酸盐的反应在16 h后产率达到92%，并且该成分在一年以上的时间内保持稳定。虽然在实验pH值范围内(> - 99.3%)，这并不像理论上预期的产率那么高，但该反应确实非常有利，似乎在几个小时内达到平衡。

双缩脲的情况则截然不同。虽然预期会有更高的氨基甲酰化收率，但即使在10个月后也没有检测到任何反应。因此，该反应的动力学必须非常缓慢——在文献中没有动力学数据来预测这一结论。对于尿素，氨基甲酰化反应预计只有轻微的氧化反应，因此在我们的条件下，产率预计为30 - 30%。16 h后，没有反应，所以这个反应也不是很快。

在之前的研究中，福克斯55用固体矿物碱在“热水”中从Asp和尿素中获得NCA。产率高(46-80%);快速动力学是高温的结果，但也肯定是固相的特定催化作用的结果。Yamagata等人将天冬氨酸与尿素在pH为7和90°C的条件下，在允许不断消除NH的开口烧瓶中进行反应3.产品(开放式系统)56。在这些条件下，大约80%的天冬氨酸转化为NCA，并在几天内形成进一步的产品。这意味着尿素氨基甲酰化反应在25℃时反应缓慢，而在90℃时反应相当快。

总之，天冬氨酸氨基甲酰化说明了这样一个事实，即在益生元化学中，正如在化学的所有分支中一样，为了评估任何给定方案的可行性，必须考虑动力学和热力学方面。热力学数据可用于许多反应;它们告诉我们氨基甲酸酯的氨基酰化不是一个可行的途径，尿素的氨基酰化几乎不可行。当然，如果一个自能反应与一个自能反应相结合，就会发生，就像生物化学中经常发生的那样。然而，只有当有方便的反应途径来诱导试剂之间的偶联时，才可以考虑这种偶联:在体系中引入能量丰富的三偏磷酸盐确实允许一个内能反应，但它是天冬氨酸二聚化而不是氨基酰化。

相反，热力学告诉我们，氰酸酯和双缩脲都可能是氨基甲酰化剂。这里，动理学起作用了。通常，动力学研究必须完全实施，因为很少有这样的研究，即使是生物化学上重要的分子。从热力学和动力学的角度来看，只有氰酸盐反应是有希望的。我们没有研究生物化学的氨基甲酰化剂，氨基甲酰磷酸(CP)，因为先前的研究使我们得出结论，它不太可能存在于益生元条件下，或者，如果形成，很可能在反应前异构成氰酸盐。

天冬氨酸氨基甲酰化的氰酸盐具有所有“良好”的益生元反应的特点。由于负的Δ，它受到强烈的青睐rG°;即使在没有特定催化的情况下，也存在一个快速的反应路径，其产物NCA虽然仍然富含能量，但具有动力学惰性(即使在几个月的尺度上也不易分解)，因此它在形成后很长一段时间内仍可用于进一步的转化。如图所示。7快速反应用全箭头表示，慢反应用虚线箭头表示。

图7
图7

含氨基甲酰供体的水溶液中NCA形成反应的部分能量观。普通箭头对应快速转换，虚线箭头对应较慢的转换。基于的值equilibrator.weizmann.ac.il数据。

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这是一个简单的例子，说明如何阐明反应热力学和动力学允许修剪潜在复杂的益生元反应途径网络。

如前所述，二氧化硅已被认为是分子间缩合反应的良好平台。原因是双重的。首先，从热力学的角度来看，二氧化硅允许在低水活度的条件下工作，通过简单地应用干燥步骤。由于水是缩合反应的产物，根据勒chtelier原理，不断地除去水会使缩合物向右移动，对于任何挥发性的缩合物也是如此。因此，我们所考虑的所有试剂的氨基甲酰化在原则上都有利于二氧化硅(与只允许使用某些试剂的溶液相反)。它所需要的只是使表面彻底脱水，在气相二氧化硅的情况下，这种情况发生在100°C左右。

其次，从动力学的角度来看，二氧化硅催化亲核加成反应，这是缩合反应的第一步。尽管对这一现象的复杂性进行了深入的研究57，其基本机理可能是弱酸性表面硅烷醇激活离去基(二氧化硅表现为弱固体Brönsted酸)，如图所示。8A表示天冬氨酸/氨基甲酸缩合反应。

图8
图8

硅醇辅助催化氨基甲酸酯缩合(一个)和竞争性水解(b)在二氧化硅上。

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这是动力学的一个基本原理凡是能催化正向反应的也能催化反向反应。例如，如果二氧化硅催化冷凝释放一个水分子，它也会催化水解的逆向反应:哪一个会实际发生取决于系统中水的活度。事实上，在本例中，可以考虑图1所示的逆反应的附加途径。8B表示氨基甲酸的水解。

因此，我们可以理解为什么不能在二氧化硅上观察到氨基甲酰化反应。所有的氨基甲酰化剂都含有一个C-N键，这个键通常很不稳定。二氧化硅实际上是一种非常好的催化剂:在表面水仍然丰富的低温条件下，它会激活氨基甲酰化剂中的C-N键，从而在其功能化天冬氨酸之前导致其水解，这一反应具有更高的能量势阱。

由于在MgCO上沉积的(氰酸盐+天冬氨酸)中观察到NCA，因此不能完全排除涉及矿物表面的氨基甲酰化情景3.。因此，我们可以说，无论MgCO上存在什么催化位点3.表面(预计至少表现出一般的碱性催化作用)，它们在室温下不能显著激活酰胺键。它们可能在更高的温度下仍然激活冷凝，因为在150°C加热后，NCA的产率有所增加，尽管仍然低于在无矿物反应中获得的产率。另一方面，过度加热会导致NCA产品的降解，在230°C下的几个小时内:这代表了益生元前体NCA使用的温度范围的上限。

结论

在这项工作中，我们已经表明，在各种可能存在于益生元条件下的氨基甲酰供体中，氰酸盐可能是进行天冬氨酸氨基甲酰化最有效的。这个反应具有“好的”益生元反应的所有特征，并且只需要已知形成益生元的前体。

我们的结果强调了考虑潜在的益生元反应的热力学和动力学两个方面的必要性。例如，从热力学的角度来看，缩二脲应该提供高氨基甲酰化收率，但在室温下的反应速率如此之低，因此相应的情况似乎不太可能发生。同样，众所周知的无机前体三甲基磷酸盐的化学能输入确实导致了能量转导——但通过形成天冬氨酸二聚体，而不是期望的产物NCA。在这种情况下，开辟了一条不同的反应途径。

虽然通常可以获得许多生物分子及其前体的热力学数据，但至少在标准条件下，动力学数据很少，必须系统地评估反应动力学。

这项研究开始时提出的问题的答案是:天冬氨酸氨基化可能是益生元嘧啶合成的一个步骤吗?-显然是积极的，只要使用氰酸盐作为氨基甲酰化剂。因此，地球化学连续性假说仅得到部分证明58。虽然该反应很可能发生在益生元环境中，但它很可能使用了氰酸盐，而不是当前生物化学中的氨基甲酰化剂——氨基甲酰磷酸酯，后者可能不容易获得15。

水相的情况很可能发生。矿物表面实际上是有害的，如果它们是酸性的，就像二氧化硅一样。另一方面，碱式氢菱镁矿不能阻止氰酸甲酰化，但也没有带来明显的好处。然而，一旦NCA形成，相对于溶液中的物种，沉积在矿物表面可以稳定它，防止热降解。这种氨甲酰化反应的水溶液/矿物表面通用性可能是原始池塘情景的一部分。

当我们试图在地球化学背景下复制现有生物化学的旋旋途径时，我们不想排除旋旋酸的替代来源。事实上，Krishnamurthy等人已经研究了一种不同的单罐水情景7，其中由乙妥英和乙氧基酸盐得到角化酸盐。几种旋化途径可能曾经共存过，目前的途径在化学进化的某个阶段被选择。

在即将发表的文章中，我们将专注于复制旋转途径的下一步，即NCA环化，因为它代表了当前生物化学中的关键代谢十字路口。

方法

以下化合物是从商业供应商那里购买的，未经进一步纯化就使用了:脲基琥珀酸(Sigma-Aldrich Co.， cat.);n°69037-500MG)，双缩脲(Sigma-Aldrich Co.， cat;n°15270-25G)， l -天冬氨酸半镁盐二水合物(Sigma-Aldrich Co.， cat.)。n°11260-100G)， l -天冬氨酸(Sigma-Aldrich Co.， cat.);n°A8949-100G)，碳酸镁碱(Sigma-Aldrich Co.， cat;n°13118-1 KG)， brunauer - emmet - teller表面积为31.5 m2/g，氰酸钠(Sigma-Aldrich Co.， cat.)n°185086-100G)，无水氢氧化钠微球(Carlo Erba试剂，cat。n°480507)，氧化氘99.90% D (Eurisotop, cat)。n°D214FE)，线性二聚体H-Asp-Asp-OH (Bachem, cat。n°4010210.0250)，氨基甲酸铵(Sigma-Aldrich Co.， cat.);n°292834-100G)，氨28% analaR Normapur (VWR Chemicals, n°21190.292)，三偏磷酸三钠(Sigma-Aldrich Co.， cat.)。n°T5508-500G)，尿素ACS试剂(Sigma-Aldrich Co.， cat;n°U5128-100G)，碳酸铵ACS试剂(Aldrich chemical company, Inc.， cat.)。n°20786-1)，氨甲酰磷酸二钠盐(Sigma-Aldrich Co.， cat.)。n°C4135-1G)，气相二氧化硅Aerosil 380(赢创工业)，brunauer - emmet - teller表面积为380 m2/ g。

热力学数据

用平衡器计算了反应的吉布斯自由能59，60，61，62，63在http://equilibrator.weizmann.ac.il/。

核磁共振实验

核磁共振实验在Bruker Avance III 500光谱仪(ωl= 500.07 MHz for1H和125.74 MHz13C)配备5毫米反双共振宽带探头。化学位移被校准为δ值(ppm)相对于δ = 0.00 ppm (13C NMR)， D中残余轻水2δ = 4.79 ppm (1H NMR)。耦合常数的单位是赫兹。所有光谱用Bruker TopSpin 4.0.6和4.0.8软件处理。使用的二维相关性如下:1H -1H COSY(相关光谱);1H -13C HSQC(异核单量子相干)和1H -13C HMBC(异核多键相关)。使用DEPT 135(无扭曲增强的极化转移)实验得到了反向的CH2和C基团。

pH测量使用Fischer Scientific Accumet AE150 pH台式仪表进行。

XRD实验

每个样品的一小部分被磨碎并安装在零背景支架上。用索邦大学的D8 DISCOVER Bruker衍射仪在室温下记录了x射线粉末衍射数据。该仪器配有铜阳极(Kα)1和Kα2铜双极源工作在40 kV和30 mA和LynxEye XE-T 1D探测器。从5°到80°，在1 h内记录数据，步长为0.02°

水溶液中NCA合成

l -天冬氨酸(6.50 g, 50 mmol, 1 eq.)和氰酸钠(3.21 g, 49 mmol, 1 eq.)溶于1 M氢氧化钠溶液(50 mL)中。将得到的混合物搅拌并在室温下静置16小时，然后将400µL取样到200µL的D中2O)用于核磁共振分析。

Asp +尿素水溶液

l -天冬氨酸(6.50 g, 50 mmol, 1 eq.)和尿素(3.00 g, 50 mmol, 1 eq.)溶于1 M氢氧化钠溶液(50 mL)中。将得到的混合物搅拌并在室温下静置16小时，然后将400µL取样到200µL的D中2O)用于核磁共振分析。

水溶液中的Asp +二缩脲

l -天冬氨酸(6.50 g, 50 mmol, 1 eq.)和双缩脲(5.08 g, 49 mmol, 1 eq.)溶于1 M氢氧化钠溶液(50 mL)中。将得到的混合物搅拌并在室温下静置16小时，然后将400µL取样到200µL的D中2O)用于核磁共振分析。

氨溶液中的Asp +氨基甲酸酯+氨基磷

l -天冬氨酸(173mg, 1.3 mmol, 1 eq.)和氨基甲酸铵(132mg, 1.7 mmol, 1.3 eq.)溶解在2.5 mL含磷酰胺的氨溶液中(在70℃下66h后取样，制备方法见15)。将溶液保存在25 mL密闭瓶中，在100°C的烤箱中保存16小时。收集600µL用于核磁共振分析。

沉积过程

为了将有机分子沉积在矿物质上，我们使用了一种干湿过程，在多相催化文献中也称为“初湿浸渍”或IWI。它意味着将含有Asp前体和氨基甲酰供体的溶液与矿物表面接触以获得糊状或浆料。在此过程中，溶解的有机化合物与分散的矿物长时间接触，浆料随后在室温下干燥。由于气候波动，类似的事件也可能发生在地球化学情景中。

SiO上的Asp +氨基甲酰给体2

l -天冬氨酸(20 mg, 0.13 mmol, 1 eq.)和氨基甲酰供体(0.20 mmol, 1.3 eq.)在搅拌下溶解于5ml蒸馏水中。用该溶液浸渍500mg硅溶胶。得到的浆料在N下干燥2，直到获得干粉。在真空干燥器中进行额外处理，去除水分痕迹。粉末被磨碎并取样用于红外分析。*尿素(12毫克)、碳酸铵(19毫克)、氨基甲酸铵(15毫克)、氰酸钠(13毫克)或氨基甲酰磷酸钠(27毫克)。

毫克(Asp)2在MgCO3.参考

二天冬氨酸镁(24 mg, 0.074 mmol, 2 eq. Asp)在搅拌下溶解于6 mL蒸馏水中。用该溶液浸渍500mg (5.9 mmol, 39 eq.)碳酸镁(5.9 mmol)。得到的悬浮液在N下干燥2，直到获得干粉。粉末研磨后取样进行XRD和NMR分析(30mg悬浮于600µL D中)2O)。

Asp-Asp上的MgCO3.参考

将Asp-Asp二聚体(24 mg, 0.15 mmol)溶于6 mL蒸馏水中搅拌。用该溶液浸渍500mg碳酸镁。得到的悬浮液在N下干燥2，直到获得干粉。粉末研磨后取样进行XRD和NMR分析(30mg悬浮于600µL D中)2O)。

NCA对MgCO3.参考

将尿嘧啶琥珀酸22 mg, 0.12 mmol溶于6 mL蒸馏水中搅拌。用该溶液浸渍碳酸镁500 mg (5.9 mmol)。得到的悬浮液在N下干燥2，直到获得干粉。粉末研磨后取样进行XRD和NMR分析(30mg悬浮于600µL D中)2O)。

毫克(Asp)2+氰酸盐对MgCO3.

将二天冬氨酸镁(24 mg, 0.074 mmol, 2 eq. Asp)和氰酸钠(13 mg, 0.20 mmol, 1.4 eq. Asp)在搅拌下溶解于6 mL蒸馏水中。用该溶液浸渍500mg (5.9 mmol, 39 eq.)碳酸镁(5.9 mmol)。得到的悬浮液在N下干燥2，直到获得干粉。粉末被磨碎并取样进行热活化。10mg粉末在四种不同温度(150°C, 200°C和230°C)下在装有干燥剂的烘箱中热活化30分钟。88℃下测湿为3.5% RH。在减压干燥器中冷却后，样品通过NMR (10 mg悬浮在600µL D中)进行分析2O)。

毫克(Asp)2+二脲对MgCO3.

将二天冬氨酸镁(24 mg, 0.074 mmol, 2 eq. Asp)和双缩脲(21 mg, 0.20 mmol, 1.4 eq. Asp)溶于6 mL蒸馏水中搅拌。用该溶液浸渍500mg (5.9 mmol, 39 eq.)碳酸镁(5.9 mmol)。得到的悬浮液在N下干燥2，直到获得干粉。粉末被磨碎并取样进行热活化。将10 mg粉末在140°C下热活化30分钟，放入装有干燥剂的烘箱中。88℃下测湿为3.5% RH。冷却到减压干燥器后，样品通过NMR (10 mg悬浮在600µL D中)进行分析2O)。