KOACERVÁTY: CHARAKTERISTIKA, VZTAH K PŮVODU ŽIVOTA - BIOLOGIE - 2025

Tyto koacerváty jsou organizované skupiny proteinů, sacharidů a jiných materiálů v roztoku. Termín koacervát pochází z latinského koacervare a znamená „shluk“. Tato molekulární seskupení mají některé vlastnosti buněk; Z tohoto důvodu ruský vědec Aleksander Oparin navrhl, aby jim koacervátoři dali vznik.

Oparin navrhl, že v primitivních mořích pravděpodobně existovaly vhodné podmínky pro vytvoření těchto struktur, ze seskupení sypkých organických molekul. To znamená, že koacerváty jsou v zásadě považovány za precelulární model.

Coacervates

Tyto koacerváty by měly schopnost absorbovat jiné molekuly, růst a rozvíjet složitější vnitřní struktury podobné buňkám. Později experiment vědců Miller a Urey umožnil obnovit podmínky primitivní Země a vznik koacervátů.

vlastnosti

- Jsou vytvářeny seskupením různých molekul (molekulární roj).

- Jsou to organizované makromolekulární systémy.

- Mají schopnost se samostatně oddělit od řešení, kde jsou, a tak vytvářet izolované kapky.

- Mohou absorbovat organické sloučeniny uvnitř.

- Mohou zvýšit svou hmotnost a objem.

- Jsou schopni zvýšit svou vnitřní složitost.

- Mají izolační vrstvu a mohou být uchovány samy.

Vztah k původu života

Ve 20. letech 20. století biochemik Aleksandr Oparin a britský vědec JBS Haldane nezávisle vytvořili podobné představy o podmínkách požadovaných pro původ života na Zemi.

Oba navrhovali, že organické molekuly se mohou tvořit z abiogenních materiálů v přítomnosti vnějšího zdroje energie, jako je ultrafialové záření.

Další z jeho návrhů bylo, že primitivní atmosféra měla redukční vlastnosti: velmi malé množství volného kyslíku. Kromě toho navrhli, že kromě jiných plynů obsahuje také amoniak a vodní páru.

Měli podezření, že první formy života se objevily v oceánu, teplé a primitivní a že byly heterotrofní (získaly předem vytvořené živiny ze sloučenin existujících v primitivní Zemi) místo toho, aby byly autotrofní (vytvářely jídlo a živiny ze slunečního světla. nebo anorganické materiály).

Oparin věřil, že tvorba koacervátů podporovala tvorbu dalších složitějších sférických agregátů, které byly spojeny s lipidovými molekulami, které jim umožňovaly držet pohromadě elektrostatickými silami, a že by mohly být prekurzory buněk.

Působení enzymů

Oparinova koacervovaná práce potvrdila, že enzymy, nezbytné pro biochemické reakce metabolismu, fungují lépe, pokud jsou obsaženy ve sférách vázaných na membránu, než když jsou volné ve vodných roztocích.

Haldane, který nebyl obeznámen s Oparinovými koacerváty, věřil, že nejprve se vytvoří jednoduché organické molekuly a že v přítomnosti ultrafialového světla se stávají stále složitějšími, čímž vznikají první buňky.

Myšlenky Haldana a Oparina tvořily základ pro většinu výzkumu abiogeneze, původu života z neživých látek, který se uskutečnil v posledních desetiletích.

Teorie koacervátů

Teorie koacervátu je teorie, kterou vyjádřil biochemik Aleksander Oparin a která naznačuje, že vzniku života předcházela tvorba smíšených koloidních jednotek zvaných koacerváty.

Koacerváty se vytvářejí přidáním různých kombinací proteinů a uhlohydrátů do vody. Proteiny tvoří ohraničující vrstvu vody kolem nich, která je jasně oddělena od vody, ve které jsou suspendovány.

Tyto koacerváty byly studovány Oparinem, který zjistil, že za určitých podmínek se koacerváty mohou stabilizovat ve vodě po dobu několika týdnů, pokud jim je poskytován metabolismus nebo systém produkující energii.

Enzymy a glukóza

Aby toho bylo dosaženo, přidal Oparin do vody enzymy a glukózu (cukr). Koacervát absorboval enzymy a glukózu, potom enzymy způsobily, že koacervát kombinoval glukózu s jinými uhlohydráty v koacervátu.

To způsobilo, že koacervát se zvětšil. Odpadní produkty glukózové reakce byly vyloučeny z koacervátu.

Jakmile byl koacervát dostatečně velký, začal se spontánně rozpadat na menší koacerváty. Pokud struktury odvozené od koacervátu dostaly enzymy nebo byly schopny vytvořit své vlastní enzymy, mohly by pokračovat v růstu a vývoji.

Následná práce amerických biochemiků Stanley Miller a Harold Urey ukázala, že takové organické materiály mohou být tvořeny z anorganických látek za podmínek, které simulují ranou Zemi.

Díky svému důležitému experimentu dokázali prokázat syntézu aminokyselin (základní prvky proteinů) a projít jiskrou směsí jednoduchých plynů v uzavřeném systému.

Aplikace

V současné době jsou koacerváty velmi důležitým nástrojem pro chemický průmysl. Analýza sloučenin je vyžadována v mnoha chemických postupech; Je to krok, který není vždy jednoduchý a je také velmi důležitý.

Z tohoto důvodu vědci neustále vyvíjejí nové nápady, jak zlepšit tento zásadní krok v přípravě vzorků. Jejich cílem je vždy před provedením analytických postupů zlepšit kvalitu vzorků.

Pro předběžnou koncentraci vzorků se v současné době používá mnoho technik, ale každá z nich má kromě mnoha výhod také určitá omezení. Tyto nevýhody podporují pokračující vývoj nových extrakčních technik účinnějších než stávající metody.

Tato vyšetřování jsou rovněž vedena předpisy a zájmy životního prostředí. Literatura poskytuje základ k závěru, že takzvané „zelené extrakční techniky“ hrají zásadní roli v moderních technikách přípravy vzorků.

"Zelené" techniky

„Zeleného“ charakteru extrakčního procesu lze dosáhnout snížením spotřeby chemických látek, jako jsou organická rozpouštědla, protože jsou toxická a škodlivá pro životní prostředí.

Postupy rutinně používané pro přípravu vzorků by měly být šetrné k životnímu prostředí, snadno proveditelné, levné a měly by mít kratší dobu na provedení celého procesu.

Tyto požadavky jsou splněny aplikací koacervátů v přípravě vzorků, protože jsou to koloidy bohaté na činidla působící v tahu a fungují také jako extrakční médium.

Koacerváty jsou tedy slibnou alternativou pro přípravu vzorků, protože umožňují koncentraci organických sloučenin, iontů kovů a nanočástic v různých vzorcích.

Reference

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Štěpanov, SB a Hrust, UR (1974). Koacervátové systémy a původ života. Origins of Life, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). Původ a časná evoluce života. Oxford University Press.
3. Helium, L. (1954). Teorie koacervace. New Left Review, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). Historický vývoj výzkumu původu. Perspektivy studeného jara v biologii, (2), 1-8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Teorie a nedávné aplikace koacervátových extrakčních technik. TrAC - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). Coacervate-in-Coacervate teorie původu života. Původ života a evoluční biochemie, 355–356.
7. Novak, V. (1984). Současný stav teorie koacervátu v koacervátu; původ a vývoj buněčné struktury. Origins of Life, 14, 513–522.
8. Oparin, A. (1965). Původ života. Dover Publications, Inc.