Coacervates: Charakterystyka, związek z pochodzeniem życia

Koacerwaty są zorganizowanymi grupami białek, węglowodanów i innych materiałów w roztworze. Termin coacervado pochodzi od łacińskiego coacervare i oznacza „klaster”. Te grupy molekularne mają pewne właściwości komórek; z tego powodu rosyjski naukowiec Aleksander Oparin zasugerował, że powstały te koacerwaty.

Oparin zaproponował, że na morzach pierwotnych prawdopodobnie istniały odpowiednie warunki do tworzenia tych struktur, z grupowania luźnych cząsteczek organicznych. Oznacza to, że zasadniczo koacerwaty są uważane za model przedkomórkowy.

Te koacerwaty miałyby zdolność do absorbowania innych cząsteczek, wzrostu i tworzenia bardziej złożonych struktur wewnętrznych, podobnych do komórek. Później eksperyment naukowców Millera i Ureya pozwolił odtworzyć warunki pierwotnej Ziemi i powstawanie koacerwatów.

Funkcje

- Są generowane przez grupowanie różnych cząsteczek (rój molekularny).

- Są zorganizowanymi układami makromolekularnymi.

- Mają zdolność do samodzielnego oddzielania się od rozwiązania, w którym się znajdują, tworząc w ten sposób pojedyncze krople.

- Mogą wchłaniać związki organiczne wewnątrz.

- Mogą zwiększyć swoją wagę i objętość.

- Są w stanie zwiększyć swoją wewnętrzną złożoność.

- Mają warstwę izolacyjną i mogą być samonastawne.

Związek z pochodzeniem życia

W latach dwudziestych biochemik Aleksandr Oparin i brytyjski naukowiec JBS Haldane niezależnie ustalili podobne idee dotyczące warunków wymaganych do powstania życia na Ziemi.

Obaj zasugerowali, że cząsteczki organiczne mogą być tworzone z materiałów abiogennych w obecności zewnętrznego źródła energii, takiego jak promieniowanie ultrafioletowe.

Inną jego propozycją było to, że pierwotna atmosfera miała właściwości redukujące: bardzo mała ilość wolnego tlenu. Ponadto zasugerowali, że zawiera on między innymi amoniak i parę wodną.

Podejrzewali, że pierwsze formy życia pojawiły się w oceanie, ciepłe i prymitywne, i że były one heterotroficzne (otrzymywały wstępnie wytworzone składniki odżywcze ze związków istniejących na pierwotnej Ziemi) zamiast być autotroficzne (wytwarzanie żywności i składników odżywczych ze światła słonecznego lub materiały nieorganiczne).

Oparin wierzył, że tworzenie się koacerwatów sprzyja powstawaniu innych bardziej złożonych sferycznych agregatów, które były związane z cząsteczkami lipidów, które pozwalały im trzymać się razem przez siły elektrostatyczne, a to mogło być prekursorami komórek.

Działanie enzymów

Prace coacervates Oparin potwierdziły, że enzymy, istotne dla reakcji biochemicznych metabolizmu, funkcjonowały bardziej, gdy były zawarte w sferach związanych z błoną, niż gdy były wolne w roztworach wodnych.

Haldane, który nie był zaznajomiony z koacerwatami Oparina, uważał, że proste cząsteczki organiczne powstały jako pierwsze i że w obecności światła ultrafioletowego stają się coraz bardziej złożone, dając początek pierwszym komórkom.

Idee Haldane'a i Oparina stanowiły podstawę wielu badań nad abiogenezą, źródłem życia z martwych substancji, które miały miejsce w ostatnich dziesięcioleciach.

Teoria koacerwatów

Teoria koacerwatów jest teorią wyrażoną przez biochemika Aleksandra Oparina i sugeruje, że początek życia był poprzedzony tworzeniem się mieszanych jednostek koloidalnych zwanych koacerwatami.

Coacervates powstają, gdy kilka kombinacji białek i węglowodanów jest dodawanych do wody. Białka tworzą otaczającą je warstwę graniczną wody, która jest wyraźnie oddzielona od wody, w której są zawieszone.

Te koacerwaty były badane przez Oparina, który odkrył, że w pewnych warunkach koacerwaty mogą być stabilizowane w wodzie przez kilka tygodni, jeśli otrzymają metabolizm lub system wytwarzania energii.

Enzymy i glukoza

Aby to osiągnąć, Oparin dodawał enzymy i glukozę (cukier) do wody. Koacerwat wchłaniał enzymy i glukozę, a następnie enzymy powodowały, że koacerwat łączył glukozę z innymi węglowodanami w koacerwacie.

To spowodowało zwiększenie rozmiaru koacerwatu. Produkty odpadowe z reakcji glukozy zostały usunięte z koacerwatu.

Gdy koacerwat stał się wystarczająco duży, zaczął spontanicznie rozpadać się na mniejsze koacerwaty. Jeśli struktury pochodzące z koacerwatu otrzymały enzymy lub były w stanie stworzyć własne enzymy, mogłyby dalej rosnąć i rozwijać się.

Następnie późniejsze prace amerykańskich biochemików Stanleya Millera i Harolda Ureya wykazały, że takie materiały organiczne mogą być formowane z substancji nieorganicznych w symulowanych warunkach pierwotnej Ziemi.

W swoim ważnym eksperymencie byli w stanie zademonstrować syntezę aminokwasów (podstawowych elementów białek), przepuszczając iskrę przez mieszaninę prostych gazów w układzie zamkniętym.

Aplikacje

Obecnie koacerwaty są bardzo ważnymi narzędziami dla przemysłu chemicznego. W wielu procedurach chemicznych wymagana jest analiza związków; Jest to krok, który nie zawsze jest łatwy, a ponadto jest bardzo ważny.

Z tego powodu naukowcy nieustannie pracują nad opracowaniem nowych pomysłów w celu udoskonalenia tego kluczowego kroku w przygotowywaniu próbek. Ich celem jest zawsze poprawa jakości próbek przed przeprowadzeniem procedur analitycznych.

Istnieje wiele technik stosowanych obecnie do wstępnego zatężania próbek, ale każda, oprócz licznych zalet, ma również pewne ograniczenia. Te niedogodności sprzyjają ciągłemu rozwojowi nowych technik ekstrakcji skuteczniejszych niż istniejące metody.

Dochodzenia te wynikają również z przepisów i problemów środowiskowych. Literatura stanowi podstawę do wniosku, że tak zwane „zielone techniki ekstrakcji” odgrywają istotną rolę w nowoczesnych technikach przygotowywania próbek.

„Zielone” techniki

„Zielony” charakter procesu ekstrakcji można osiągnąć poprzez zmniejszenie zużycia produktów chemicznych, takich jak rozpuszczalniki organiczne, ponieważ są one toksyczne i szkodliwe dla środowiska.

Procedury rutynowo stosowane do przygotowywania próbek powinny być przyjazne dla środowiska, łatwe do wdrożenia, tanie i mieć krótszy czas trwania, aby przeprowadzić cały proces.

Wymagania te są spełnione przez zastosowanie koacerwatów w przygotowywaniu próbek, ponieważ są one koloidami bogatymi w środki tensoaktywne, a także działają jako medium ekstrakcyjne.

Tak więc, koacerwaty są obiecującą alternatywą dla przygotowania próbek, ponieważ umożliwiają koncentrację związków organicznych, jonów metali i nanocząstek w różnych próbkach.