COACERVATES: EGENSKABER, FORHOLD TIL LIVETS OPRINDELSE - BIOLOGI - 2025

De koacervater er organiserede grupper af proteiner, kulhydrater og andre materialer i opløsning. Udtrykket coacervate kommer fra den latinske coacervare og betyder "klynge". Disse molekylære grupper har nogle egenskaber ved celler; Af denne grund foreslog den russiske videnskabsmand Aleksander Oparin, at koacervaterne gav anledning til disse.

Oparin foreslog, at i primitive søer sandsynligvis eksisterede de passende betingelser for dannelsen af ​​disse strukturer fra grupperingen af ​​løse organiske molekyler. Det vil sige, at koacervaterne grundlæggende betragtes som en præcellulær model.

koacervater

Disse coacervater vil have evnen til at absorbere andre molekyler, vokse og udvikle mere komplekse indre strukturer, svarende til celler. Senere lod eksperimentet fra forskerne Miller og Urey genskabe forholdene på den primitive jord og dannelsen af ​​koacervaterne.

egenskaber

- De genereres ved at gruppere forskellige molekyler (molekylær sværm).

- De er organiserede makromolekylære systemer.

- De har evnen til selv at adskille sig fra løsningen, hvor de er, og danner således isolerede dråber.

- De kan absorbere organiske forbindelser inde.

- De kan øge deres vægt og deres volumen.

- De er i stand til at øge deres interne kompleksitet.

- De har et isolerende lag og kan selvbevares.

Forhold til livets oprindelse

I 1920'erne etablerede biokemikeren Aleksandr Oparin og den britiske forsker JBS Haldane uafhængigt lignende ideer om betingelserne for livets oprindelse på Jorden.

De antydede begge, at der kunne dannes organiske molekyler fra abiogene materialer i nærvær af en ekstern energikilde, såsom ultraviolet stråling.

Et andet af hans forslag var, at den primitive atmosfære havde reducerende egenskaber: meget lidt mængde frit ilt. Derudover foreslog de, at det indeholdt ammoniak og vanddamp, blandt andre gasser.

De mistænkte, at de første livsformer optrådte i havet, varme og primitive, og at de var heterotrofiske (de opnåede præformede næringsstoffer fra forbindelserne, der eksisterede i den tidlige jord) i stedet for at være autotrofiske (generere mad og næringsstoffer fra sollys). eller uorganiske materialer).

Oparin mente, at dannelsen af ​​koacervaterne fremmede dannelsen af ​​andre mere komplekse sfæriske aggregater, som var forbundet med lipidmolekyler, der gjorde det muligt at holde dem sammen af ​​elektrostatiske kræfter, og at de kunne have været forløbere for celler.

Virkning af enzymer

Oparin's coacervates arbejde bekræftede, at enzymer, der er essentielle for de biokemiske reaktioner i metabolismen, fungerer bedre, når de er indeholdt i de membranbundne sfærer, end når de er fri i vandige opløsninger.

Haldane, der ikke var bekendt med Oparin's coacervates, mente, at der først dannedes enkle organiske molekyler, og at de i nærvær af ultraviolet lys blev mere og mere komplekse, hvilket gav anledning til de første celler.

Ideerne fra Haldane og Oparin dannede grundlaget for meget af forskningen om abiogenese, livets oprindelse fra livløse stoffer, der fandt sted i de seneste årtier.

Teori om koacervater

Koacervatsteorien er en teori, der udtrykkes af biokemikeren Aleksander Oparin, og som antyder, at livets oprindelse blev gået forud for dannelsen af ​​blandede kolloidale enheder kaldet coacervates.

Koacervater dannes, når forskellige kombinationer af proteiner og kulhydrater tilsættes vand. Proteiner danner et grænselag med vand omkring dem, der er klart adskilt fra vandet, hvor de er suspenderet.

Disse koacervater blev undersøgt af Oparin, der opdagede, at coacervater under visse betingelser kan stabilisere sig i vand i uger, hvis de får en stofskifte eller et system til at producere energi.

Enzymer og glukose

For at opnå dette tilsatte Oparin enzymer og glukose (sukker) til vandet. Koacervatet absorberede enzymerne og glukosen, hvorefter enzymerne fik coacervatet til at kombinere glukosen med andre kulhydrater i koacervatet.

Dette fik coacervatet til at stige i størrelse. Affaldsprodukterne fra glukosereaktionen blev bortvist fra coacervatet.

Når coacervatet blev stort nok, begyndte det spontant at gå i stykker i mindre coacervates. Hvis strukturer afledt fra koacervatet modtog enzymerne eller var i stand til at skabe deres egne enzymer, kunne de fortsætte med at vokse og udvikle sig.

Efterfølgende viste efterfølgende arbejde af amerikanske biokemikere Stanley Miller og Harold Urey, at sådanne organiske materialer kan dannes af uorganiske stoffer under forhold, der simulerer den tidlige jord.

Med deres vigtige eksperiment var de i stand til at demonstrere syntesen af ​​aminosyrer (de grundlæggende elementer i proteiner) og førte en gnist gennem en blanding af enkle gasser i et lukket system.

Applikationer

I øjeblikket er koacervater meget vigtige værktøjer til den kemiske industri. Forbindelsesanalyse er påkrævet i mange kemiske procedurer; Dette er et trin, der ikke altid er let, og det er også meget vigtigt.

Af denne grund arbejder forskere konstant med at udvikle nye ideer til forbedring af dette afgørende trin i prøveforberedelse. Formålet med disse er altid at forbedre kvaliteten af ​​prøverne, inden de analyseprocedurer udføres.

Der er i øjeblikket mange teknikker, der anvendes til forkoncentration af prøver, men hver foruden mange fordele har også nogle begrænsninger. Disse ulemper fremmer den fortsatte udvikling af nye ekstraktionsteknikker, der er mere effektive end eksisterende metoder.

Disse undersøgelser er også drevet af forskrifter og miljøhensyn. Litteraturen giver grundlag for at konkludere, at såkaldte "grønne ekstraktionsteknikker" spiller en vigtig rolle i moderne prøveforberedelsesteknikker.

"Grønne" teknikker

Ekstraktionsprocessens "grønne" karakter kan opnås ved at reducere forbruget af kemikalier, såsom organiske opløsningsmidler, da disse er giftige og miljøskadelige.

Procedurer, der rutinemæssigt anvendes til prøveforberedelse, skal være miljøvenlige, lette at implementere, billige og have en kortere varighed til at udføre hele processen.

Disse krav opfyldes ved at anvende coacervater i prøveforberedelse, da de er kolloider, der er rige på trækaktive stoffer og også fungerer som et ekstraktionsmedium.

Coacervater er således et lovende alternativ til prøvefremstilling, fordi de tillader koncentrering af organiske forbindelser, metalioner og nanopartikler i de forskellige prøver.

Referencer

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB, & Hrust, UR (1974). Coacervate systemer og livets oprindelse. Livets oprindelser, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). Livets oprindelse og tidlige udvikling. Oxford University Press.
3. Helium, L. (1954). Teori om koacervation. Ny Venstre anmeldelse, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). Historisk udvikling af oprindelsesforskning. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, (2), 1–8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Teori og nylige anvendelser af coacervatbaserede ekstraktionsteknikker. TrAC - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). Coacervate-in-Coacervate-teorien om livets oprindelse. Livets oprindelse og evolutionær biokemi, 355–356.
7. Novak, V. (1984). Nuværende tilstand af coacervate-in-coacervate teorien; oprindelse og udvikling af cellestruktur. Livets oprindelser, 14, 513–522.
8. Oparin, A. (1965). Livets oprindelse. Dover Publications, Inc.