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, длина которых короче двадцати аминокислот, содержащихся в гидролизованном белке, [2] но этот термин больше не используется широко. [1]
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]
Считалось, что абиотическая полимеризация аминокислот в белки посредством образования пептидных связей 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 цитация ] Они смогли сформировать 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 цитация ] С тех пор были найдены 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:
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 цитата ] 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. Основываясь на таких экспериментах, 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]
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 цитата ]