КОАЦЕРВАТЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СВЯЗЬ С ПРОИСХОЖДЕНИЕМ ЖИЗНИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В коацерватах являются организованными группами белков, углеводов и других материалов в растворе. Термин коацерват происходит от латинского coacervare и означает «кластер». Эти молекулярные группировки обладают некоторыми свойствами клеток; По этой причине русский ученый Александр Опарин предположил, что коацерваты породили их.

Опарин предположил, что в примитивных морях, вероятно, существовали подходящие условия для образования этих структур из группировки рыхлых органических молекул. То есть в основном коацерваты считаются доклеточной моделью.

Коацерваты

Эти коацерваты будут обладать способностью поглощать другие молекулы, расти и развиваться более сложные внутренние структуры, подобные клеткам. Позже эксперимент ученых Миллера и Юри позволил воссоздать условия первобытной Земли и образование коацерватов.

характеристики

- Они образуются путем группировки разных молекул (молекулярный рой).

- Это организованные макромолекулярные системы.

- Они обладают способностью отделяться от раствора, в котором они находятся, образуя изолированные капли.

- Они могут поглощать органические соединения внутри.

- Они могут увеличивать свой вес и объем.

- Они способны увеличивать свою внутреннюю сложность.

- Они имеют изолирующий слой и могут самоконсервироваться.

Связь с источником жизни

В 1920-х годах биохимик Александр Опарин и британский ученый Дж. Б. С. Холдейн независимо друг от друга выдвинули аналогичные идеи об условиях, необходимых для возникновения жизни на Земле.

Они оба предположили, что органические молекулы могут образовываться из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии, такого как ультрафиолетовое излучение.

Другое его предложение заключалось в том, что примитивная атмосфера обладала восстанавливающими свойствами: очень мало свободного кислорода. Кроме того, они предположили, что он содержал аммиак и водяной пар среди других газов.

Они подозревали, что первые формы жизни появились в океане, теплые и примитивные, и что они были гетеротрофными (они получали предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле), а не автотрофными (генерирующими пищу и питательные вещества из солнечного света. или неорганические материалы).

Опарин полагал, что образование коацерватов способствовало образованию других более сложных сферических агрегатов, которые были связаны с молекулами липидов, которые позволяли им удерживаться вместе за счет электростатических сил, и что они могли быть предшественниками клеток.

Действие ферментов

Работа с коацерватами Опарина подтвердила, что ферменты, необходимые для биохимических реакций метаболизма, функционируют лучше, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они находятся в свободном состоянии в водных растворах.

Холдейн, который не был знаком с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, давая начало первым клеткам.

Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, происхождения жизни из безжизненных веществ, которые проводились в последние десятилетия.

Теория коацерватов

Теория коацерватов - это теория, высказанная биохимиком Александром Опариным и предполагающая, что возникновению жизни предшествовало образование смешанных коллоидных единиц, называемых коацерватами.

Коацерваты образуются при добавлении в воду различных комбинаций белков и углеводов. Белки образуют вокруг себя пограничный слой воды, который четко отделен от воды, в которой они находятся во взвешенном состоянии.

Эти коацерваты были изучены Опарином, который обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут стабилизироваться в воде в течение нескольких недель, если им дать метаболизм или систему для производства энергии.

Ферменты и глюкоза

Для этого Опарин добавил в воду ферменты и глюкозу (сахар). Коацерват абсорбировал ферменты и глюкозу, затем ферменты заставляли коацерват объединять глюкозу с другими углеводами в коацервате.

Это привело к увеличению размера коацервата. Продукты жизнедеятельности глюкозной реакции выводились из коацервата.

Когда коацерват стал достаточно большим, он самопроизвольно начал распадаться на более мелкие коацерваты. Если бы структуры, полученные из коацервата, получили ферменты или смогли бы создать свои собственные ферменты, они могли бы продолжать расти и развиваться.

Впоследствии последующая работа американских биохимиков Стэнли Миллера и Гарольда Юри показала, что такие органические материалы могут образовываться из неорганических веществ в условиях, имитирующих раннюю Землю.

С помощью своего важного эксперимента они смогли продемонстрировать синтез аминокислот (основных элементов белков), пропуская искру через смесь простых газов в замкнутой системе.

Приложения

В настоящее время коацерваты являются очень важным инструментом для химической промышленности. Анализ соединений требуется во многих химических процедурах; Это шаг, который не всегда бывает простым и очень важным.

По этой причине исследователи постоянно работают над разработкой новых идей для улучшения этого важного этапа подготовки образцов. Их цель всегда - улучшить качество образцов перед проведением аналитических процедур.

В настоящее время существует множество методов, используемых для концентрирования образцов, но каждый, помимо многочисленных преимуществ, также имеет некоторые ограничения. Эти недостатки способствуют дальнейшему развитию новых методов экстракции, более эффективных, чем существующие.

Эти расследования также обусловлены нормативными требованиями и экологическими соображениями. Литература дает основание сделать вывод о том, что так называемые «методы зеленой экстракции» играют жизненно важную роль в современных методах подготовки проб.

«Зеленые» техники

«Экологический» характер процесса экстракции может быть достигнут за счет снижения потребления химикатов, таких как органические растворители, поскольку они токсичны и вредны для окружающей среды.

Процедуры, обычно используемые для подготовки проб, должны быть экологически безопасными, простыми в реализации, недорогими и иметь более короткую продолжительность для выполнения всего процесса.

Эти требования выполняются за счет применения коацерватов при пробоподготовке, поскольку они представляют собой коллоиды, богатые веществами, действующими на растяжение, и также функционируют как экстракционная среда.

Таким образом, коацерваты являются многообещающей альтернативой для пробоподготовки, поскольку они позволяют концентрировать органические соединения, ионы металлов и наночастицы в различных пробах.

Ссылки

1. Евреинова, Т.Н., Мамонтова, Т.В., Карнаухов, В.Н., Стефанов, С.Б., & Хруст, У.Р. (1974). Коацерватные системы и происхождение жизни. Истоки жизни, 5 (1-2), 201–205.
2. Фенчел, Т. (2002). Происхождение и ранняя эволюция жизни. Издательство Оксфордского университета.
3. Гелий, Л. (1954). Теория коацервации. New Left Review, 94 (2), 35–43.
4. Ласкано, А. (2010). Историческое развитие исследования происхождения. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, (2), 1–8.
5. Мельник А., Намиесник Ю., Вольска Л. (2015). Теория и недавнее применение методов экстракции на основе коацерватов. TrAC - тенденции в аналитической химии, 71, 282-292.
6. Новак, В. (1974). Коацерват-в-коацерватная теория происхождения жизни. Происхождение жизни и эволюционная биохимия, 355–356.
7. Новак, В. (1984). Современное состояние теории коацервата в коацервате; происхождение и эволюция клеточной структуры. Истоки жизни, 14, 513–522.
8. Опарин, А. (1965). Происхождение жизни. Dover Publications, Inc.