протеиноид

Протеиноиды , или термические белки , представляют собой белковоподобные , часто сшитые молекулы, образующиеся абиотически из аминокислот . ^{[ 1 ]} Сидни В. Фокс первоначально предположил, что они могли быть предшественниками первых живых клеток ( протоклеток ). ^{[ 1 ]} Этот термин также использовался в 1960-х годах для описания пептидов короче двадцати аминокислот, содержащихся в гидролизованном белке. ^{[ 2 ]} но этот термин больше не используется. ^{[ 1 ]}

История

Пытаясь раскрыть промежуточные стадии абиогенеза , учёный Сидни Фокс в 1950-х и 1960-х годах изучал спонтанное образование пептидных структур в условиях, которые вполне могли существовать в начале истории Земли. Он продемонстрировал, что аминокислоты могут спонтанно образовывать небольшие цепочки, называемые пептидами. В одном из своих экспериментов он позволил аминокислотам высохнуть, как если бы они находились в теплом сухом месте в пребиотических условиях. Он обнаружил, что при высыхании аминокислоты образуют длинные, часто сшитые, нитевидные микроскопические полипептидные глобулы, которые он назвал «протеиноидными микросферами». ^{[ 3 ]}

Полимеризация

абиотическая полимеризация аминокислот в белки посредством образования пептидных связей Считалось, что происходит только при температуре выше 140 °С. Однако биохимик Сидни Уолтер Фокс и его коллеги обнаружили, что фосфорная кислота действует как катализатор этой реакции. ^{[ нужна ссылка ]} Они смогли образовывать белковоподобные цепи из смеси 18 обычных аминокислот при 70 °C в присутствии фосфорной кислоты и назвали эти белковоподобные цепи протеиноидами. Позже Фокс обнаружил встречающиеся в природе протеиноиды, подобные тем, которые он создал в своей лаборатории, в лаве и золе из жерл гавайских вулканов , и определил, что присутствующие аминокислоты полимеризуются под действием тепла выходящих газов и лавы. ^{[ нужна ссылка ]} С тех пор были найдены и другие катализаторы; один из них, карбодиимид амидиния, образуется в примитивных земных экспериментах и эффективен в разбавленных водных растворах.

Присутствуя в определенных концентрациях в водных растворах, протеиноиды образуют небольшие микросферы. Это связано с тем, что некоторые аминокислоты, включенные в протеиноидные цепи, более гидрофобны , чем другие, и поэтому протеиноиды группируются вместе, как капли масла в воде. Эти структуры обладают некоторыми характеристиками живых клеток:

Внешняя стена.
Осмотическое набухание и сморщивание.
Почкование.
Бинарное деление (деление на две дочерние микросферы). ^{[ 4 ]}
Потоковое движение внутренних частиц. ^{[ нужна ссылка ]}

Фокс считал, что микросферы могли служить клеточным отсеком, внутри которого органические молекулы могли концентрироваться и защищаться от внешней среды в процессе химической эволюции . ^{[ 1 ]}

Протеиноидные микросферы сегодня рассматриваются для использования в фармацевтике, создавая микроскопические биоразлагаемые капсулы, в которых можно упаковывать и доставлять пероральные лекарства. ^{[ 5 ]}

В другом эксперименте, использующем аналогичный метод для создания подходящих условий для формирования жизни, Фокс собрал вулканический материал из шлакового конуса на Гавайях . Он обнаружил, что температура была выше 100 °C (212 °F) всего в 4 дюймах (100 мм) ниже поверхности шлакового конуса, и предположил, что это могла быть среда, в которой зародилась жизнь — молекулы могли образоваться и затем был смыт рыхлым вулканическим пеплом в море. ^{[ нужна ссылка ]} Он поместил куски лавы поверх аминокислот, полученных из метана, аммиака и воды, стерилизовал все материалы и запекал лаву над аминокислотами в течение нескольких часов в стеклянной печи. На поверхности образовалось коричневое липкое вещество, а когда лаву залили стерилизованной водой, вытекла густая коричневая жидкость. Оказалось, что аминокислоты объединились, образовав протеиноиды, а протеиноиды объединились, образовав небольшие сферы. Фокс назвал эти «микросферы». Его протобионты не были клетками, хотя образовывали сгустки и цепочки, напоминающие бактерии. На основании таких экспериментов Колин Питтендри заявил в декабре 1967 года, что «в лабораториях будет создана живая клетка в течение десяти лет», и это замечание отражало типичный современный уровень незнания сложности клеточных структур. ^{[ 6 ]}

Наследие

Фокс сравнил глобулы аминокислот с клетками и предположил, что это мостик от макромолекулы к клетке. Однако позже его гипотеза была отвергнута, поскольку протеиноиды не являются белками , они содержат в основном непептидные связи и аминокислотные поперечные связи, отсутствующие в живых организмах. Более того, у них нет компартментализации, и в молекулах нет информационного содержания.

Хотя их роль в качестве эволюционного предшественника была заменена, эта гипотеза послужила катализатором для дальнейшего исследования других механизмов, которые могли вызвать абиогенез , таких как мир РНК , мир ПАУ , мир железа и серы и гипотезы протоклеток . ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Фокс С.В. , Клаус Д. (1977). Молекулярная эволюция и происхождение жизни . WH Freeman & Co Ltd. ISBN 978-0-7167-0163-7 .
^ Хаякава Т., Виндзор CR, Fox SW (февраль 1967 г.). «Сополимеризация ангидридов Лейха восемнадцати аминокислот, общих для белка». Архив биохимии и биофизики . 118 (2): 265–272. дои : 10.1016/0003-9861(67)90347-5 . hdl : 2060/19660025877 . ПМИД 6033704 .
^ Уолш Б. (13 января 2008 г.). «Истоки жизни» . Университет Аризоны. Часть 4: Экспериментальные исследования происхождения жизни. Архивировано из оригинала 13 января 2008 года . Проверено 7 апреля 2019 г.
^ Фокс С.В., Клаус Д. (1977). Фокс Дж.Л. (ред.). Молекулярная эволюция и происхождение жизни (пересмотренная ред.). Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 978-0-8247-6619-1 .
^ Срок действия США истек 5601846 , Мильштейн С.Дж., Кантор М.Л., «Протеиноидные микросферы и методы их приготовления и использования», выдано 11 февраля 1997 г., передано Emisphere Technologies Inc.
^ Наш удивительный мир природы: его чудеса и загадки . Ассоциация Ридерс Дайджест. 1969. с. 287. ИСБН 978-0-340-13000-1 . OCLC 7993251 .

Дальнейшее чтение

Фокс С.В., Харада К. (ноябрь 1958 г.). «Термическая сополимеризация аминокислот до продукта, напоминающего белок». Наука . Новая серия. 128 (3333): 1214. Бибкод : 1958Sci...128.1214F . дои : 10.1126/science.128.3333.1214 . JSTOR 1756313 . ПМИД 13592311 .
Мацуо М., Курихара К. (сентябрь 2021 г.). «Пролиферация капель коацервата как недостающее звено между химией и биологией в происхождении жизни» . Природные коммуникации . 12 (1): 5487. doi : 10.1038/s41467-021-25530-6 . ПМЦ 8463549 . ПМИД 34561428 .
Паппелис А., Fox SW (март 1995 г.). «Домен Protolife: протоклетки и метапротоклетки в матрицах термических белков». Журнал биологической физики . 20 (1–4): 129–132. дои : 10.1007/BF00700429 .

[Fox_1997-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Фокс С.В. , Клаус Д. (1977). Молекулярная эволюция и происхождение жизни . WH Freeman & Co Ltd. ISBN 978-0-7167-0163-7 .

[2] Хаякава Т., Виндзор CR, Fox SW (февраль 1967 г.). «Сополимеризация ангидридов Лейха восемнадцати аминокислот, общих для белка». Архив биохимии и биофизики . 118 (2): 265–272. дои : 10.1016/0003-9861(67)90347-5 . hdl : 2060/19660025877 . ПМИД 6033704 .

[foxexp-3] Уолш Б. (13 января 2008 г.). «Истоки жизни» . Университет Аризоны. Часть 4: Экспериментальные исследования происхождения жизни. Архивировано из оригинала 13 января 2008 года . Проверено 7 апреля 2019 г.

[4] Фокс С.В., Клаус Д. (1977). Фокс Дж.Л. (ред.). Молекулярная эволюция и происхождение жизни (пересмотренная ред.). Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 978-0-8247-6619-1 .

[5] Срок действия США истек 5601846 , Мильштейн С.Дж., Кантор М.Л., «Протеиноидные микросферы и методы их приготовления и использования», выдано 11 февраля 1997 г., передано Emisphere Technologies Inc.

[6] Наш удивительный мир природы: его чудеса и загадки . Ассоциация Ридерс Дайджест. 1969. с. 287. ИСБН 978-0-340-13000-1 . OCLC 7993251 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]