COACERVATES: EGENSKAPER, FÖRHÅLLANDE TILL LIVETS URSPRUNG - BIOLOGI - 2025

De koacervat är organiserade grupper av proteiner, kolhydrater och andra material i lösning. Begreppet coacervate kommer från det latinska coacervare och betyder "kluster". Dessa molekylära grupper har vissa egenskaper hos celler; Av den anledningen föreslog den ryska forskaren Aleksander Oparin att koacervaterna gav upphov till dessa.

Oparin föreslog att i primitiva hav sannolikt fanns lämpliga förhållanden för bildandet av dessa strukturer, från gruppering av lösa organiska molekyler. Det vill säga, i grund och botten anses koacervaterna vara en pre-cellulär modell.

koacervaten

Dessa koacervater skulle ha förmågan att absorbera andra molekyler, växa och utveckla mer komplexa inre strukturer, liknande celler. Senare tillät experimentet av forskarna Miller och Urey att återskapa förhållandena för den primitiva jorden och bildandet av koacervaten.

egenskaper

- De genereras genom att gruppera olika molekyler (molekylär svärm).

- De är organiserade makromolekylära system.

- De har förmågan att självskiljas från lösningen där de är och därmed bilda isolerade droppar.

- De kan absorbera organiska föreningar inuti.

- De kan öka sin vikt och volym.

- De kan öka sin interna komplexitet.

- De har ett isolerande lager och kan bevaras själv.

Förhållande till livets ursprung

Under 1920-talet etablerade biokemisten Aleksandr Oparin och den brittiska forskaren JBS Haldane oberoende liknande idéer om villkoren för livets ursprung på jorden.

De antydde båda att organiska molekyler kunde bildas av abiogena material i närvaro av en extern energikälla, till exempel ultraviolett strålning.

Ett annat av hans förslag var att den primitiva atmosfären hade reducerande egenskaper: mycket liten mängd fritt syre. Dessutom föreslog de att den innehöll ammoniak och vattenånga, bland andra gaser.

De misstänkte att de första formerna av liv dök upp i havet, varma och primitiva, och att de var heterotrofa (de erhöll förformade näringsämnen från föreningarna som fanns i den tidiga jorden) istället för att vara autotrofiska (generera mat och näringsämnen från solljus. eller oorganiska material).

Oparin trodde att bildningen av koacervaterna främjade bildandet av andra mer komplexa sfäriska aggregat, som var förknippade med lipidmolekyler som tillät dem att hållas samman av elektrostatiska krafter, och att de kunde ha varit föregångare till celler.

Handling av enzymer

Oparins koacervaterarbete bekräftade att enzymer, som är nödvändiga för de biokemiska reaktionerna i metabolismen, fungerar bättre när de finns i de membranbundna sfärerna än när de är fria i vattenhaltiga lösningar.

Haldane, som inte var bekant med Oparin's koacervater, trodde att enkla organiska molekyler bildades först och att de i närvaro av ultraviolett ljus blev alltmer komplexa och gav upphov till de första cellerna.

Haldane och Oparin: s idéer var basen för mycket av forskningen om abiogenes, livets ursprung från livlösa ämnen, som ägde rum under de senaste decennierna.

Teori om koacervater

Koacervatsteorin är en teori som uttrycks av biokemisten Aleksander Oparin och som antyder att livets ursprung föregicks av bildandet av blandade kolloidala enheter som kallas coacervates.

Koacervater bildas när olika kombinationer av proteiner och kolhydrater sätts till vatten. Proteiner bildar ett gränsskikt med vatten runt dem som är klart separerat från vattnet i vilket de är upphängda.

Dessa koacervater studerades av Oparin, som upptäckte att koacervater under vissa förhållanden kan stabilisera sig i vatten i veckor om de ges en ämnesomsättning eller ett system för att producera energi.

Enzymer och glukos

För att uppnå detta tillsatte Oparin enzymer och glukos (socker) i vattnet. Koacervatet absorberade enzymerna och glukos, sedan fick enzymerna att koacervatet kombinerade glukos med andra kolhydrater i koacervatet.

Detta fick coacervaten att öka i storlek. Avfallsprodukterna från glukosreaktionen förvisades från koacervatet.

När coacervaten blev tillräckligt stor började den spontant brytas upp i mindre coacervates. Om strukturerna härrörade från koacervatet fick enzymerna eller kunde skapa sina egna enzymer, kunde de fortsätta växa och utvecklas.

Därefter visade efterföljande arbete av de amerikanska biokemisterna Stanley Miller och Harold Urey att sådana organiska material kan bildas av oorganiska ämnen under förhållanden som simulerar tidig jord.

Med deras viktiga experiment kunde de demonstrera syntesen av aminosyror (de grundläggande elementen i proteiner), och ledde en gnista genom en blandning av enkla gaser i ett slutet system.

tillämpningar

För närvarande är koacervater mycket viktiga verktyg för den kemiska industrin. Föreningsanalys krävs vid många kemiska procedurer; Detta är ett steg som inte alltid är lätt och det är också mycket viktigt.

Av detta skäl arbetar forskare ständigt med att utveckla nya idéer för att förbättra detta avgörande steg i provberedningen. Målet med dessa är alltid att förbättra provernas kvalitet innan analysförfarandena genomförs.

Det finns många tekniker som för närvarande används för förkoncentration av prover, men var och en förutom många fördelar har också vissa begränsningar. Dessa nackdelar främjar den fortsatta utvecklingen av nya extraktionstekniker som är effektivare än befintliga metoder.

Dessa undersökningar drivs också av förordningar och miljöhänsyn. Litteraturen utgör grunden för att dra slutsatsen att så kallade "gröna extraktionstekniker" spelar en viktig roll i moderna provberedningstekniker.

"Gröna" tekniker

Extraktionsprocessens "gröna" karaktär kan uppnås genom att minska konsumtionen av kemikalier, såsom organiska lösningsmedel, eftersom dessa är giftiga och skadliga för miljön.

Förfaranden som rutinmässigt används för provberedning bör vara miljövänliga, enkla att implementera, billiga och ha en kortare varaktighet för att utföra hela processen.

Dessa krav uppfylls genom att applicera koacervater i provberedning, eftersom de är kolloider som är rika på dragaktiva medel och även fungerar som ett extraktionsmedium.

Således är koacervater ett lovande alternativ för provberedning eftersom de tillåter koncentrering av organiska föreningar, metalljoner och nanopartiklar i de olika proverna.

referenser

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB, & Hrust, UR (1974). Coacervate-system och livets ursprung. Origins of Life, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). Livets ursprung och tidig utveckling. Oxford University Press.
3. Helium, L. (1954). Teori om koacervation. New Left Review, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). Historisk utveckling av ursprungsforskning. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, (2), 1–8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Teori och nyare tillämpningar av koacervatbaserade extraktionstekniker. TrAC - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). Coacervate-in-Coacervate-teorin om livets ursprung. Livets ursprung och evolutionär biokemi, 355–356.
7. Novak, V. (1984). Nuvarande tillstånd för koacervat-i-koacervatsteorin; ursprung och utveckling av cellstrukturen. Origins of Life, 14, 513–522.
8. Oparin, A. (1965). Livets ursprung. Dover Publications, Inc.