Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Протеиноиды, или термические белки, – это белкоподобные молекулы, часто сшитые между собой, которые формируются из аминокислот в абиотических условиях. Сидни У. Фокс изначально предположил, что они могли быть предшественниками первых живых клеток (протоклеток), однако этот термин сейчас используется редко.
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.
Полимеризация
Считалось, что абиотическая полимеризация аминокислот в белки посредством образования пептидных связей происходит только при температурах выше 140 °C. Однако биохимик Сидни Уолтер Фокс и его коллеги обнаружили, что фосфорная кислота выступает в роли катализатора этой реакции. Им удалось сформировать белкоподобные цепи из смеси 18 распространенных аминокислот при 70 °C в присутствии фосфорной кислоты, и они назвали эти цепи протеиноидами. Позже Фокс обнаружил протеиноиды, встречающиеся в природе, подобные тем, что он создал в своей лаборатории, в лаве и шлаке гавайских вулканических жерл, и установил, что аминокислоты полимеризовались под воздействием тепла выходящих газов и лавы. С тех пор были обнаружены и другие катализаторы; один из них, амидиниумкарбодиимид, образуется в экспериментах, имитирующих условия первобытной Земли, и эффективен в разбавленных водных растворах. При определенных концентрациях в водных растворах протеиноиды формируют небольшие микросферы. Это происходит потому, что некоторые аминокислоты, входящие в состав протеиноидных цепей, более гидрофобны, чем другие, поэтому протеиноиды собираются вместе, подобно каплям масла в воде. Эти структуры демонстрируют некоторые характеристики живых клеток:
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:
Внешнюю стенку. Осмотическое набухание и сжатие. Почкование. Бинарное деление (деление на две дочерние микросферы). Потокообразное движение внутренних частиц. Фокс предположил, что микросферы могли обеспечить клеточное отделение, в котором органические молекулы могли бы концентрироваться и защищаться от внешней среды в процессе химической эволюции. В другом эксперименте, использующем аналогичный метод для создания подходящих условий для возникновения жизни, Фокс собрал вулканический материал из шлакового конуса на Гавайях. Он обнаружил, что температура была немного ниже поверхности конуса, и предположил, что это могла быть среда, в которой возникла жизнь — молекулы могли формироваться, а затем вымываться через рыхлый вулканический пепел в море. Он поместил куски лавы над аминокислотами, полученными из метана, аммиака и воды, стерилизовал все материалы и выдерживал лаву над аминокислотами в течение нескольких часов в стеклянной печи. На поверхности образовалось коричневое, липкое вещество, а при пропитке лавы стерилизованной водой выделилась густая коричневая жидкость. Оказалось, что аминокислоты соединились, образовав протеиноиды, а протеиноиды — небольшие сферы. Фокс назвал их «микросферами». Его протобионты не были клетками, хотя они образовывали скопления и цепи, напоминающие бактерии. Основываясь на таких экспериментах, Колин Питтендриг в декабре 1967 года заявил, что «лаборатории создадут живую клетку в течение десяти лет», — замечание, отражающее типичный для того времени уровень незнания сложности клеточных структур.
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.
Наследие
Фокс уподобил аминокислотные глобулы клеткам и предположил, что они представляют собой переходное звено от макромолекул к клеткам. Однако его гипотеза впоследствии была отвергнута, поскольку протеиноиды не являются белками, в них преобладают непептидные связи и аминокислотные сшивки, не встречающиеся в живых организмах. Кроме того, им не свойственна компартментализация и они не несут информационной нагрузки. Хотя их роль как эволюционного предшественника была пересмотрена, эта гипотеза послужила стимулом для дальнейшего изучения других механизмов, которые могли привести к абиогенезу, таких как гипотезы мира РНК, мира полициклических ароматических углеводородов, мира железа и серы, а также гипотезы о протоклетках.
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.