プロテノイド

プロテノイド（または熱タンパク質）は、タンパク質に似た、しばしば架橋された分子であり、アミノ酸から非生物的に形成される。[1] シドニー・W・フォックスは当初、プロテノイドが最初の生 細胞（原細胞）の前駆物質である可能性があると提唱した。[1]この用語は1960年代には、加水分解されたタンパク質に含まれる20アミノ酸未満のペプチドを指すためにも使用されていたが、[2]現在では一般的には使用されていない。[1]

歴史

科学者シドニー・W・フォックスは、1950年代から1960年代にかけて、生命起源の中間段階を解明しようと、地球史の初期に存在した可能性のある条件下でのペプチド構造の自発的形成を研究した。 [3] : 199–201 彼は、アミノ酸がペプチドと呼ばれる小さな鎖を自発的に形成できることを実証した。ある実験では、前生命的条件下で、暖かく乾燥した場所にアミノ酸を水たまりのように放置し、乾燥させた。すると、アミノ酸が乾燥するにつれて、長く、しばしば架橋された糸状の微細なポリペプチド球状体を形成することが分かり、彼はこれを「プロテノイドミクロスフェア」と名付けた。[4]

重合

アミノ酸からペプチド結合を形成してタンパク質に変換する非生物的重合は、140 °C を超える温度でのみ起こると考えられていました。しかし、生化学者のシドニー・ウォルター・フォックスと彼の同僚は、リン酸がこの反応の触媒として作用することを発見しました。[要出典]彼らは、リン酸の存在下、70 °C で 18 種類の一般的なアミノ酸の混合物からタンパク質のような鎖を形成でき、このタンパク質のような鎖をプロテイノイドと名付けました。フォックスは後に、ハワイの火山の火口から出た溶岩と燃えさしの中に、研究室で作成したものと同様の天然のプロテイノイドを発見し、そこに含まれるアミノ酸が、逃げるガスと溶岩の熱によって重合したことを突き止めました。[要出典]その後、他の触媒も発見されています。そのうちの 1 つであるアミジニウムカルボジイミドは、原始的な地球実験で生成され、希薄水溶液で効果的です。

プロテノイドは、水溶液中に特定の濃度で存在すると、小さなミクロスフェアを形成します。これは、プロテノイド鎖に組み込まれたアミノ酸の一部が他のアミノ酸よりも疎水性が高いため、水中の油滴のようにプロテノイドが密集するからです。これらの構造は、生細胞の特徴をいくつか示しています。

  1. 外壁です。
  2. 浸透圧による膨張と収縮。
  3. 芽生え。
  4. 二分裂（２つの娘ミクロスフェアに分裂する）。[5]
  5. 内部粒子の流れ運動。[6]

フォックスは、化学進化の過程で、微小球が細胞内に有機分子を濃縮し、外部環境から保護する区画を提供した可能性があると考えた。[1]

プロテノイドマイクロスフィアは現在、医薬品への応用が検討されており、経口薬を包装して送達するための微小な生分解性カプセルを提供している。[7]

生命形成に適した条件を設定するための同様の方法を用いた別の実験で、フォックスはハワイのシンダーコーンから火山物質を採取した。彼はシンダーコーンの表面からわずか4インチ（100 mm）下で温度が100℃（212°F）を超えていることを発見し、これが生命が誕生した環境である可能性を示唆した。つまり、分子が形成され、その後、緩い火山灰によって海に流れ込んだ可能性があるのだ。[要出典]彼はメタン、アンモニア、水から生成されたアミノ酸の上に溶岩の塊を置き、すべての材料を滅菌した後、ガラス製のオーブンで数時間、アミノ酸の上で溶岩を焼いた。表面には茶色の粘着性物質が形成され、溶岩を滅菌水に浸すと、濃い茶色の液体が浸出した。アミノ酸が結合してプロテノイドを形成し、さらにプロテノイドが結合して小さな球体を形成していることが判明した。フォックスはこれを「ミクロスフェア」と名付けた。彼の原始生物は細胞ではなかったが、細菌を思わせる塊や鎖を形成していた。こうした実験に基づき、コリン・ピッテンドリは1967年12月に「10年以内に実験室で生きた細胞が作られるだろう」と述べた。これは、当時の細胞構造の複雑さに対する無知さを反映した発言であった。[8]

遺産

フォックスはアミノ酸球を細胞に例え、それが高分子と細胞間の橋渡しを担っていると提唱した。しかし、プロテノイドはタンパク質ではなく、主に非ペプチド結合と、生体には存在しないアミノ酸架橋を特徴としているため、彼の仮説は後に却下された。さらに、プロテノイドには区画化がなく、分子内に情報内容も存在しない。

進化の先駆者としての役割は終わったものの、この仮説は、RNAワールド、PAHワールド、鉄硫黄ワールド、原始細胞仮説など、生命の起源をもたらした可能性のある他のメカニズムをさらに調査するためのきっかけとなった。[3] : 201  [要出典]

参照

参考文献

  1. ^ abcd Fox SW , Klaus D (1977).分子進化と生命の起源. WH Freeman & Co Ltd. ISBN 978-0-7167-0163-7。
  2. ^ 早川 孝文、ウィンザー CR、フォックス SW (1967年2月). 「タンパク質に共通する18種類のアミノ酸のロイクス無水物の共重合」.生化学・生物理学アーカイブ. 118 (2): 265– 272. doi :10.1016/0003-9861(67)90347-5. hdl : 2060/19660025877 . PMID  6033704.
  3. ^ ab ヘイゼン、ロバート・M. (2005).創世記：生命の起源を科学的に探究する. ワシントンD.C.: ジョセフ・ヘンリー・プレス. ISBN 978-0-309-09432-0。
  4. ^ Walsh B (2008年1月13日). 「生命の起源」アリゾナ大学. 第4部：生命の起源に関する実験的研究. 2008年1月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年4月7日閲覧。
  5. ^ Fox SW, Klaus D (1977). Fox JL (編).分子進化と生命の起源（改訂版）. ニューヨーク: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-6619-1。
  6. ^ 「地球上の生命の起源については、2つの基本的な考え方がある」sbpoley.home.xs4all.nl . 2025年5月11日閲覧。
  7. ^ 米国特許失効5601846、ミルスタインSJ、カンターML、「プロテインオイドマイクロスフェアおよびその調製方法と使用方法」、1997年2月11日発行、エミスフィア・テクノロジーズ社に譲渡 
  8. ^ 『驚くべき自然界：その驚異と謎』リーダーズ・ダイジェスト協会、1969年、287ページ、ISBN 978-0-340-13000-1. OCLC  7993251.

さらに読む

  • Fox SW, Harada K. (1958年11月). 「アミノ酸の熱共重合によるタンパク質類似体の生成」. Science . New Series. 128 (3333): 1214. Bibcode :1958Sci...128.1214F. doi :10.1126/science.128.3333.1214. JSTOR  1756313. PMID:  13592311.
  • 松尾 正之、栗原 健（2021年9月）. 「増殖するコアセルベート液滴：生命の起源における化学と生物学をつなぐミッシングリンク」. Nature Communications . 12 (1): 5487. doi :10.1038/s41467-021-25530-6. PMC  8463549. PMID  34561428 .
  • Pappelis A, Fox SW (1995年3月). 「ドメイン・プロトライフ：熱タンパク質マトリックス内のプロト細胞とメタプロト細胞」. Journal of Biological Physics . 20 ( 1–4 ): 129– 132. doi :10.1007/BF00700429.
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