Аминқышқылдарынан түзілген протосфералар және тіршіліктің пайда болуы
Proteinoid
Протеиноидтар – аминқышқылдарынан жоғары температурада пайда болатын, алғашқы жасушаларға дейінгі құрылымдар. Сидней Фокс ашқан катализаторлық реакция.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Протеиноидтар немесе термиялық ақуыздар – ақуызға ұқсас, көбінесе аминокислоталардан тірі организмдердің қатысуынсыз, байланысқан молекулалар. Сидни У. Фокс бастапқыда олардың алғашқы тірі жасушалардың (протожасушалардың) пайда болуына қадам болғанын айтқан, бірақ қазір бұл термин кеңінен қолданылмайды.
Proteinoids, or thermal proteins, are protein like, often cross linked molecules formed abiotically from amino acids. Sidney W. Fox initially proposed that they may have been precursors to the first living cells (protocells). but this term is no longer commonly used.
Полимерлеу
Аминоқышқылдардың пептидтік байланыстар арқылы ақуыздарға абиотикалық полимерленуі тек 140°C жоғары температурада ғана жүзеге асады деп есептелді. Алайда биохимик Сидни Уолтер Фокс және оның әріптестері фосфор қышқылының осы реакцияның катализаторы ретінде әрекет ететінін анықтады. Олар фосфор қышқылының қатысуымен 70°C температурада 18 кең таралған аминқышқылының қоспасынан ақуызға ұқсас тізбектер құрай алды және осы ақуызға ұқсас тізбектерді протеиноидтар деп атады. Кейін Фокс Гавайидегі жанартаулық шұңқырлардан лава мен күлден өз зертханасында жасағандарына ұқсас табиғи протеиноидтарды тапты және аминқышқылдары қашқан газдар мен лаваның жылуынан полимерленгенін анықтады. Содан бері басқа да катализаторлар табылды; олардың бірі – амидиний карбодимид, алғашқы Жердегі тәжірибелерде пайда болады және сұйылтылған сулы ерітінділерде тиімді. Протеиноидтар белгілі бір концентрацияда сулы ерітінділерде болғанда шағын микросфералар құрайды. Себебі, кейбір аминқышқылдары протеиноид тізбегіне енгенде, басқаларына қарағанда гидрофобты болады, сондықтан протеиноидтар судағы май тамшылары сияқты жиналады. Бұл құрылымдар тірі жасушалардың кейбір қасиеттерін көрсетеді:
The abiotic polymerization of amino acids into proteins through the formation of peptide bonds was thought to occur only at temperatures over 140 °C. However, the biochemist Sidney Walter Fox and his co workers discovered that phosphoric acid acted as a catalyst for this reaction. They were able to form protein like chains from a mixture of 18 common amino acids at 70 °C in the presence of phosphoric acid, and dubbed these protein like chains proteinoids. Fox later found naturally occurring proteinoids similar to those he had created in his laboratory in lava and cinders from Hawaiian volcanic vents and determined that the amino acids present polymerized due to the heat of escaping gases and lava. Other catalysts have since been found; one of them, amidinium carbodiimide, is formed in primitive Earth experiments and is effective in dilute aqueous solutions. When present in certain concentrations in aqueous solutions, proteinoids form small microspheres. This is because some of the amino acids incorporated into proteinoid chains are more hydrophobic than others, and so proteinoids cluster together like droplets of oil in water. These structures exhibit a few characteristics of living cells:
Сыртқы қабырға. Осмостық ісіну және қысқару. Бүртіктеу. Бинарлық бөліну (екіге бөліну арқылы екі қыз микросфераға айналу). Ішкі бөлшектердің ағып-төгуі. Фокс микросфералардың химиялық эволюция процесінде органикалық молекулаларды шоғырландырып, сыртқы ортадан қорғайтын жасушалық бөлімшелерді қамтамасыз етуі мүмкін деп ойлады. Басқа бір тәжірибеде, өмірдің пайда болуына қолайлы жағдай жасау үшін ұқсас әдіс қолданып, Фокс Гавайидегі шоқжартастан жанартау материалы жинады. Ол температураның шоқжартастың бетінен біршама төмен екенін анықтады және бұл ортада өмір пайда болған болуы мүмкін екенін айтты – молекулалар пайда болып, кейін еріген жанартау күлінен теңізге ағып кетуі мүмкін еді. Ол метан, аммиак және судан алынған аминқышқылдарының үстіне лаваның кесектерін қойды, барлық материалды стерильдеді және лаваны аминқышқылдарының үстінде шыны пеште бірнеше сағат бойы қыздырды. Жер бетінде қоңыр, жабысқақ зат пайда болды, ал лаваны стерильденген суға батырғанда, қалың қоңыр сұйықтық шықты. Аминқышқылдары қосылып протеиноидтар, ал протеиноидтар ұсақ шарлар құрады. Фокс бұларды "микросфералар" деп атады. Оның протобионттары жасушалар емес еді, бірақ олар бактерияларды еске түсіретін үйірмелер мен тізбектер құрды. Осындай тәжірибелерге сүйене отырып, Колин Питтендриг 1967 жылдың желтоқсан айында "зертханалар он жыл ішінде тірі жасушаны жасай алады" деп мәлімдеді, бұл жасуша құрылымының күрделілігі туралы қазіргі заманғы білімсіздіктің көрінісі еді.
An outer wall. Osmotic swelling and shrinking. Budding. Binary fission (dividing into two daughter microspheres). Streaming movement of internal particles. Fox thought that the microspheres may have provided a cell compartment within which organic molecules could have become concentrated and protected from the outside environment during the process of chemical evolution. In another experiment using a similar method to set suitable conditions for life to form, Fox collected volcanic material from a cinder cone in Hawaii. He discovered that the temperature was over just beneath the surface of the cinder cone, and suggested that this might have been the environment in which life was created—molecules could have formed and then been washed through the loose volcanic ash and into the sea. He placed lumps of lava over amino acids derived from methane, ammonia and water, sterilized all materials, and baked the lava over the amino acids for a few hours in a glass oven. A brown, sticky substance formed over the surface and when the lava was drenched in sterilized water a thick, brown liquid leached out. It turned out that the amino acids had combined to form proteinoids, and the proteinoids had combined to form small spheres. Fox called these "microspheres". His protobionts were not cells, although they formed clumps and chains reminiscent of bacteria. Based upon such experiments, Colin Pittendrigh stated in December 1967 that "laboratories will be creating a living cell within ten years," a remark that reflected the typical contemporary levels of ignorance of the complexity of cell structures.
Мұра
Фокс аминқышқылдарының тамшыларын жасушалармен салыстырып, макромолекуладан жасушаға өтуге көпір салды деп ұсынды. Бірақ, оның гипотезасы кейін протеиноидтардың ақуыз емес екені, олардың құрамында пептидтік емес байланыстар басым және тірі организмдерде кездеспейтін аминқышқылдарының өзара байланыстары бар екеніне байланысты қабылданбады. Бұған қоса, оларда бөлінген құрылымдар жоқ және молекулаларда ақпараттық мазмұн да табылмады. Эволюциялық алғыкүш ретіндегі олардың маңызы жойылғанмен, бұл гипотеза РНК әлемі, ПАҚ әлемі, темір-күкірт әлемі және протожасуша гипотезасы сияқты абиогенезді тудыруға қабілетті басқа механизмдерді зерттеуге түрткіс болды.
Fox has likened the amino acid globules to cells, and proposed it bridged the macromolecule to cell transition. However, his hypothesis was later dismissed as proteinoids are not proteins, they feature mostly non peptide bonds and amino acid cross linkages not present in living organisms. Furthermore, they have no compartmentalization and there is no information content in the molecules. Although their role as an evolutionary precursor has been superseded, the hypothesis was a catalyst to further investigate other mechanisms that could have brought about abiogenesis, such as the RNA world, PAH world, Iron–sulfur world, and protocell hypotheses.