COACERVATES: EGENSKAPER, FORHOLD TIL LIVETS OPPRINNELSE - BIOLOGI - 2026

De coacervates er organiserte grupper av proteiner, karbohydrater og andre materialer i oppløsning. Begrepet coacervate kommer fra den latinske coacervare og betyr "klynge". Disse molekylære grupperingene har noen egenskaper ved celler; Av denne grunn antydet den russiske forskeren Aleksander Oparin at koacervatene ga opphav til disse.

Oparin foreslo at i primitive hav sannsynligvis de passende forholdene fantes for dannelse av disse strukturene, fra gruppering av løse organiske molekyler. Det vil si at coacervatene i utgangspunktet betraktes som en prekellulær modell.

Coacervates

Disse coacervates ville ha evnen til å absorbere andre molekyler, vokse og utvikle mer komplekse interiørstrukturer, ligner celler. Senere tillot eksperimentet til forskerne Miller og Urey å gjenskape forholdene til den primitive jorden og dannelsen av coacervates.

kjennetegn

- De genereres ved å gruppere forskjellige molekyler (molekylær sverm).

- De er organiserte makromolekylære systemer.

- De har evnen til å selvskille seg fra løsningen der de er, og dermed danne isolerte dråper.

- De kan absorbere organiske forbindelser inne.

- De kan øke vekten og volumet.

- De er i stand til å øke sin indre kompleksitet.

- De har et isolerende lag og kan være selvbevart.

Forhold til livets opprinnelse

På 1920-tallet etablerte biokjemikeren Aleksandr Oparin og den britiske forskeren JBS Haldane uavhengig lignende ideer om forholdene som er nødvendige for livets opprinnelse på jorden.

De antydet begge at organiske molekyler kunne dannes fra abiogene materialer i nærvær av en ekstern energikilde, for eksempel ultrafiolett stråling.

Et annet av forslagene hans var at den primitive atmosfæren hadde reduserende egenskaper: veldig liten mengde fritt oksygen. I tillegg antydet de at den inneholdt ammoniakk og vanndamp, blant andre gasser.

De mistenkte at de første livsformene dukket opp i havet, varme og primitive, og at de var heterotrofiske (de fikk forhåndsformede næringsstoffer fra forbindelsene som eksisterte på den tidlige jorden) i stedet for å være autotrofiske (generere mat og næringsstoffer fra sollys). eller uorganiske materialer).

Oparin mente at dannelsen av koacervatene fremmet dannelsen av andre mer komplekse sfæriske aggregater, som var assosiert med lipidmolekyler som gjorde at de kunne holdes sammen av elektrostatiske krefter, og at de kunne ha vært forløpere til celler.

Handling av enzymer

Oparin's coacervates-arbeid bekreftet at enzymer, som er viktige for de biokjemiske reaksjonene i metabolismen, fungerer bedre når de er i membranbundne sfærer enn når de er frie i vandige oppløsninger.

Haldane, som ikke var kjent med Oparin's coacervates, mente at enkle organiske molekyler ble dannet først, og at de i nærvær av ultrafiolett lys ble stadig mer kompliserte og ga opphav til de første cellene.

Ideene til Haldane og Oparin dannet grunnlaget for mye av forskningen om abiogenese, livets opprinnelse fra livløse stoffer, som fant sted de siste tiårene.

Teori om coacervates

Coacervate-teorien er en teori uttrykt av biokjemikeren Aleksander Oparin og som antyder at livets opprinnelse ble gått foran av dannelsen av blandede kolloidale enheter kalt coacervates.

Koakservater dannes når forskjellige kombinasjoner av proteiner og karbohydrater tilsettes vann. Proteiner danner et grenselag med vann rundt seg som er tydelig atskilt fra vannet der de er suspendert.

Disse coacervates ble studert av Oparin, som oppdaget at coacervates under visse forhold kan stabilisere seg i vann i flere uker hvis de får et stoffskifte, eller et system for å produsere energi.

Enzymer og glukose

For å oppnå dette tilsatte Oparin enzymer og glukose (sukker) i vannet. Koacervatet absorberte enzymer og glukose, deretter fikk enzymene coacervaten til å kombinere glukosen med andre karbohydrater i koacervatet.

Dette fikk coacervaten til å øke i størrelse. Avfallsproduktene fra glukosereaksjonen ble utvist fra koacervatet.

Når coacervaten ble stor nok, begynte den spontant å gå i stykker i mindre coacervates. Hvis strukturene avledet fra koacervatet mottok enzymer eller var i stand til å lage sine egne enzymer, kunne de fortsette å vokse og utvikle seg.

Deretter viste etterfølgende arbeid av amerikanske biokjemikere Stanley Miller og Harold Urey at slike organiske materialer kan dannes fra uorganiske stoffer under forhold som simulerer tidlig jord.

Med sitt viktige eksperiment var de i stand til å demonstrere syntesen av aminosyrer (de grunnleggende elementene i proteiner), og førte en gnist gjennom en blanding av enkle gasser i et lukket system.

applikasjoner

For tiden er koacervater veldig viktige verktøy for den kjemiske industrien. Forbindelse analyse er nødvendig i mange kjemiske prosedyrer; Dette er et trinn som ikke alltid er lett, og det er også veldig viktig.

Av denne grunn jobber forskere kontinuerlig med å utvikle nye ideer for å forbedre dette avgjørende trinnet i utarbeidelse av prøver. Målet med disse er alltid å forbedre kvaliteten på prøvene før analyseprosedyrene gjennomføres.

Det er for tiden mange teknikker som brukes for forkonsentrering av prøver, men hver, i tillegg til mange fordeler, har også noen begrensninger. Disse ulempene fremmer videreutvikling av nye ekstraksjonsteknikker som er mer effektive enn eksisterende metoder.

Disse undersøkelsene er også drevet av forskrifter og miljøhensyn. Litteraturen gir grunnlag for å konkludere med at såkalte "grønne ekstraksjonsteknikker" spiller en viktig rolle i moderne prøveforberedelsesteknikker.

"Grønne" teknikker

Den "grønne" karakteren av ekstraksjonsprosessen kan oppnås ved å redusere forbruket av kjemikalier, for eksempel organiske løsningsmidler, da disse er giftige og miljøskadelige.

Prosedyrer som rutinemessig brukes for prøveforberedelse, skal være miljøvennlige, enkle å implementere, billige og ha kortere varighet for å utføre hele prosessen.

Disse kravene blir oppfylt ved å påføre coacervates i prøveforberedelse, da de er kolloider som er rike på strekkaktive midler og også fungerer som et ekstraksjonsmedium.

Coacervater er således et lovende alternativ for prøveforberedelse fordi de tillater konsentrering av organiske forbindelser, metallioner og nanopartikler i de forskjellige prøvene.

referanser

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB, & Hrust, UR (1974). Coacervate systemer og livets opprinnelse. Origins of Life, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). Livets opprinnelse og tidlige utvikling. Oxford University Press.
3. Helium, L. (1954). Teori om coacervation. New Left Review, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). Historisk utvikling av opprinnelsesforskning. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, (2), 1–8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Teori og nyere anvendelser av koacervatbaserte ekstraksjonsteknikker. TrAC - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). Coacervate-in-Coacervate-teorien om livets opprinnelse. Livets opprinnelse og evolusjonær biokjemi, 355–356.
7. Novak, V. (1984). Nåværende tilstand av coacervate-in-coacervate teorien; opprinnelse og evolusjon av cellestruktur. Origins of Life, 14, 513–522.
8. Oparin, A. (1965). Livets opprinnelse. Dover Publications, Inc.