KOACERWATY: CHARAKTERYSTYKA, ZWIĄZEK Z POCHODZENIEM ŻYCIA - BIOLOGIA - 2025

W koacerwaty są zorganizowane grupy białek, węglowodanów i innych materiałów w roztworze. Termin coacervate pochodzi od łacińskiego coacervare i oznacza „klaster”. Te grupy molekularne mają pewne właściwości komórek; Z tego powodu rosyjski naukowiec Aleksander Oparin zasugerował, że koacerwaty dały początek temu.

Oparin wysunął przypuszczenie, że w prymitywnych morzach prawdopodobnie istniały odpowiednie warunki do tworzenia tych struktur, z grupy luźnych cząsteczek organicznych. Oznacza to, że zasadniczo koacerwaty są uważane za model przedkomórkowy.

Coacervates

Te koacerwaty miałyby zdolność wchłaniania innych cząsteczek, wzrostu i tworzenia bardziej złożonych struktur wewnętrznych, podobnych do komórek. Później eksperyment naukowców Millera i Ureya pozwolił odtworzyć warunki panujące na pierwotnej Ziemi i formowanie się koacerwatów.

cechy

- Są generowane przez grupowanie różnych cząsteczek (rój molekularny).

- Są zorganizowanymi układami makrocząsteczkowymi.

- Mają zdolność samodzielnego oddzielania się od roztworu, w którym się znajdują, tworząc w ten sposób pojedyncze krople.

- Mogą wchłaniać wewnątrz związki organiczne.

- Mogą zwiększyć swoją wagę i objętość.

- Potrafią zwiększać swoją wewnętrzną złożoność.

- Posiadają warstwę izolacyjną i mogą być konserwowane samodzielnie.

Związek z początkiem życia

W latach dwudziestych XX wieku biochemik Aleksandr Oparin i brytyjski naukowiec JBS Haldane niezależnie ustalili podobne poglądy na temat warunków niezbędnych do powstania życia na Ziemi.

Obaj sugerowali, że cząsteczki organiczne mogą powstawać z materiałów abiogennych w obecności zewnętrznego źródła energii, takiego jak promieniowanie ultrafioletowe.

Inną jego propozycją było to, że pierwotna atmosfera miała właściwości redukujące: bardzo małą ilość wolnego tlenu. Ponadto zasugerowali, że zawierał on między innymi amoniak i parę wodną.

Podejrzewali, że pierwsze formy życia pojawiły się w oceanie, ciepłe i prymitywne, i że były heterotroficzne (otrzymywały wstępnie uformowane składniki odżywcze ze związków występujących na wczesnej Ziemi), a nie autotroficzne (wytwarzały pożywienie i składniki odżywcze ze światła słonecznego). lub materiały nieorganiczne).

Oparin uważał, że tworzenie koacerwatów sprzyjało tworzeniu się innych, bardziej złożonych sferycznych agregatów, które były związane z cząsteczkami lipidów, które pozwalały na ich łączenie siłami elektrostatycznymi, i że mogły być prekursorami komórek.

Działanie enzymów

Praca koacerwatów firmy Oparin potwierdziła, że ​​enzymy, niezbędne dla biochemicznych reakcji metabolizmu, działają lepiej, gdy są zawarte w kulkach związanych z błoną, niż gdy są wolne w roztworach wodnych.

Haldane, który nie był zaznajomiony z koacerwatami Oparina, uważał, że proste cząsteczki organiczne powstały jako pierwsze i że w obecności światła ultrafioletowego stawały się coraz bardziej złożone, dając początek pierwszym komórkom.

Idee Haldane'a i Oparina stały się podstawą wielu badań nad abiogenezą, pochodzeniem życia z martwych substancji, które miały miejsce w ostatnich dziesięcioleciach.

Teoria koacerwatów

Teoria koacerwatów jest teorią wyrażoną przez biochemika Aleksandra Oparina, która sugeruje, że powstanie życia poprzedzone zostało utworzeniem mieszanych jednostek koloidalnych zwanych koacerwatami.

Koacerwaty powstają, gdy do wody dodaje się różne kombinacje białek i węglowodanów. Białka tworzą wokół siebie graniczną warstwę wody, która jest wyraźnie oddzielona od wody, w której są zawieszone.

Te koacerwaty zostały zbadane przez Oparina, który odkrył, że w pewnych warunkach koacerwaty mogą stabilizować się w wodzie przez tygodnie, jeśli dostaną metabolizm lub system do produkcji energii.

Enzymy i glukoza

Aby to osiągnąć, Oparin dodał do wody enzymy i glukozę (cukier). Koacerwat wchłonął enzymy i glukozę, a następnie enzymy spowodowały, że koacerwat połączył glukozę z innymi węglowodanami w koacerwacie.

To spowodowało wzrost rozmiaru koacerwatu. Z koacerwatu usunięto produkty przemiany glukozy.

Gdy koacerwat stał się dostatecznie duży, spontanicznie zaczął się rozpadać na mniejsze koacerwaty. Gdyby struktury pochodzące z koacerwatu otrzymały enzymy lub były w stanie stworzyć własne enzymy, mogłyby dalej rosnąć i rozwijać się.

Następnie późniejsze prace amerykańskich biochemików Stanleya Millera i Harolda Urey'a wykazały, że takie materiały organiczne mogą powstawać z substancji nieorganicznych w warunkach symulujących wczesną Ziemię.

W swoim ważnym eksperymencie byli w stanie zademonstrować syntezę aminokwasów (podstawowych elementów białek), przepuszczając iskrę przez mieszaninę prostych gazów w układzie zamkniętym.

Aplikacje

Obecnie koacerwaty są bardzo ważnymi narzędziami dla przemysłu chemicznego. Analiza związków jest wymagana w wielu procedurach chemicznych; To krok, który nie zawsze jest łatwy i jest też bardzo ważny.

Z tego powodu naukowcy nieustannie pracują nad nowymi pomysłami, które usprawnią ten kluczowy etap przygotowywania próbek. Celem tych działań jest zawsze poprawa jakości próbek przed wykonaniem procedur analitycznych.

Obecnie stosowanych jest wiele technik wstępnego zatężania próbek, ale każda z nich, oprócz licznych zalet, ma również pewne ograniczenia. Te wady sprzyjają ciągłemu rozwojowi nowych technik ekstrakcji, bardziej skutecznych niż metody istniejące.

Te badania są również motywowane przepisami i troskami o środowisko. Literatura stanowi podstawę do wniosku, że tak zwane „techniki zielonej ekstrakcji” odgrywają istotną rolę we współczesnych technikach przygotowywania próbek.

Techniki „zielone”

„Ekologiczny” charakter procesu ekstrakcji można osiągnąć poprzez zmniejszenie zużycia chemikaliów, takich jak rozpuszczalniki organiczne, ponieważ są one toksyczne i szkodliwe dla środowiska.

Procedury rutynowo stosowane do przygotowania próbek powinny być przyjazne dla środowiska, łatwe do wdrożenia, niedrogie i mieć krótszy czas na przeprowadzenie całego procesu.

Wymogi te spełnia zastosowanie koacerwatów w przygotowaniu próbki, ponieważ są to koloidy bogate w czynniki rozciągające, a także pełnią funkcję medium ekstrakcyjnego.

Zatem koacerwaty są obiecującą alternatywą dla przygotowania próbek, ponieważ umożliwiają koncentrację związków organicznych, jonów metali i nanocząstek w różnych próbkach.

Bibliografia

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB i Hrust, UR (1974). Systemy koacerwacji i pochodzenie życia. Origins of Life, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). Pochodzenie i wczesna ewolucja życia. Oxford University Press.
3. Hel, L. (1954). Teoria koacerwacji. New Left Review, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). Historyczny rozwój badań pochodzenia. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, (2), 1–8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Teoria i najnowsze zastosowania technik ekstrakcji opartych na koacerwacie. TrAC - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). Teoria koacerwatu w koacerwacie pochodzenia życia. The Origin of Life and Evolutionary Biochemistry, 355–356.
7. Novak, V. (1984). Stan obecny teorii koacerwatu w koacerwacie; pochodzenie i ewolucja struktury komórkowej. Origins of Life, 14, 513–522.
8. Oparin, A. (1965). Pochodzenie życia. Dover Publications, Inc.