COACERVATES: מאפיינים, קשר עם מקור החיים - ביולוגיה - 2025

Coacervates הם קבוצות מאורגנות של חלבונים, פחמימות וחומרים אחרים בתמיסה. המונח coacervate מקורו ב coacervare הלטיני ומשמעותו "אשכול". לקבוצות מולקולריות אלה יש תכונות מסוימות של תאים; מסיבה זו, הציע המדען הרוסי אלכסנדר אופרין כי השכבות הולידו את אלה.

אופרין הציע שבימים פרימיטיביים ככל הנראה התנאים המתאימים להתקיים למבנים אלה, מקבוצת מולקולות אורגניות רופפות. כלומר, בעיקרון השקעים נחשבים למודל טרום-סדיר.

Coacervates

לפחמימות אלה יכולת לספוג מולקולות אחרות, לגדול ולפתח מבנים פנים מורכבים יותר, בדומה לתאים. בהמשך, הניסוי של המדענים מילר ואורי התיר לשחזר את תנאי כדור הארץ הפרימיטיבי ואת היווצרות השקעים.

מאפיינים

- הם נוצרים על ידי קיבוץ מולקולות שונות (נחיל מולקולרי).

- מדובר במערכות מקרומולקולריות מאורגנות.

- יש להם יכולת להיפרד עצמית מהפתרון במקום בו הם נמצאים, ובכך ליצור טיפות מבודדות.

הם יכולים לספוג תרכובות אורגניות בפנים.

- הם יכולים להגדיל את משקלם ואת נפחם.

- הם מסוגלים להגביר את המורכבות הפנימית שלהם.

- יש להם שכבת בידוד וניתן לשמור על עצמם.

מערכת יחסים עם מקור החיים

בשנות העשרים של המאה העשרים הקימו הביוכימאי אלכסנדר אופרין והמדען הבריטי JBS Haldane באופן עצמאי רעיונות דומים לגבי התנאים הנדרשים למקור החיים בכדור הארץ.

שניהם הציעו כי מולקולות אורגניות יכולות להיווצר מחומרים אביוגניים בנוכחות מקור אנרגיה חיצוני, כמו קרינה אולטרה סגולה.

אחת מההצעות שלו הייתה כי לאווירה הפרימיטיבית היו תכונות מצמצמות: מעט מאוד חמצן חופשי. בנוסף, הם הציעו שהוא מכיל אמוניה ואדי מים, בין גזים אחרים.

הם חשדו כי צורות החיים הראשונות הופיעו באוקיאנוס, חמים ופרימיטיביים, וכי הם הטרוטרופיים (הם השיגו חומרים מזינים מעוצבים מראש מהתרכובות הקיימות בראשית כדור הארץ) במקום להיות אוטוטרופיים (מייצרים מזון וחומרים מזינים מאור השמש. או חומרים אורגניים).

אופרן האמין כי היווצרות הקואו-ורבטים קידמה את היווצרותם של אגרגטים כדוריים מורכבים יותר, שהיו קשורים למולקולות שומנים המאפשרות להחזיקם יחד על ידי כוחות אלקטרוסטטיים, וכי הם היו יכולים להיות מקדימים לתאים.

פעולה של אנזימים

עבודות השמרנים של אופרן אישרו כי אנזימים, החיוניים לתגובות הביוכימיות של חילוף החומרים, מתפקדים טוב יותר כאשר הם נמצאים בתחומי הכדור הממברנה מאשר כאשר הם חופשיים בתמיסות מימיות.

הלדאן, שלא היה בקיא בשכבות של אופרן, האמין שמולקולות אורגניות פשוטות נוצרו ראשונה וכי בנוכחות אור אולטרה סגול הן נעשו מורכבות יותר ויותר והולידו את התאים הראשונים.

רעיונותיהם של הלדאן ואופרין היוו את הבסיס לחלק ניכר מהמחקר על האביוגנזה, מקור החיים מחומרים נטולי חיים, שהתרחש בעשורים האחרונים.

תיאוריה של השתמטות

תיאוריית השכבה היא תיאוריה שבאה לידי ביטוי על ידי הביוכימאי אלכסנדר אופרין, ומציעה שמקורות החיים קדמו להיווצרות יחידות קולואידליות מעורבות הנקראות coacervates.

Coacervates נוצרים כאשר שילובים שונים של חלבונים ופחמימות מוסיפים למים. חלבונים יוצרים שכבת גבול של מים סביבם המופרדת בבירור מהמים בהם הם תלויים.

שקעים אלה נבדקו על ידי אופרן, שגילה כי בתנאים מסוימים, השכיות יכולות להתייצב במים במשך שבועות אם נותנים להם מטבוליזם, או מערכת לייצור אנרגיה.

אנזימים וגלוקוזה

כדי להשיג זאת, אופרן הוסיף אנזימים וגלוקוז (סוכר) למים. הקואוווורטה ספגה את האנזימים והגלוקוזה, ואז האנזימים גרמו לקואברוואטה לשלב גלוקוז עם פחמימות אחרות בשכבה.

זה גרם לגידול הקואצ'ברציה בגודל. מוצרי הפסולת של תגובת הגלוקוזה גורשו מהכוסה.

לאחר שהשתייה הפכה גדולה מספיק, היא התחילה להתפשט באופן ספונטני לכדי שכבות קטנים יותר. אם המבנים הנגזרים מהכוסה קיבלו את האנזימים או היו מסוגלים ליצור אנזימים משל עצמם, הם יכולים להמשיך לצמוח ולהתפתח.

לאחר מכן, עבודות שלאחר מכן של הביוכימאים האמריקאים סטנלי מילר והרולד אורי הראו כי ניתן ליצור חומרים אורגניים כאלה מחומרים אנאורגניים בתנאים המדמים את כדור הארץ הקדום.

בעזרת הניסוי החשוב שלהם הם הצליחו להדגים את הסינתזה של חומצות אמינו (היסודות הבסיסיים של חלבונים), והעבירו ניצוץ דרך תערובת של גזים פשוטים במערכת סגורה.

יישומים

נכון לעכשיו, coacervates הם כלים חשובים מאוד לתעשייה הכימית. ניתוח מתחם נדרש בהליכים כימיים רבים; זהו צעד שהוא לא תמיד קל וזה גם חשוב מאוד.

מסיבה זו החוקרים פועלים כל העת לפיתוח רעיונות חדשים לשיפור שלב מכריע זה בהכנת המדגם. המטרה של אלה היא תמיד לשפר את איכות הדגימות לפני ביצוע הליכים האנליטיים.

ישנן כיום טכניקות רבות המשמשות לריכוז מוקדם של הדגימות, אך לכל אחת, בנוסף ליתרונות רבים, יש מגבלות מסוימות. חסרונות אלה מקדמים את המשך הפיתוח של טכניקות מיצוי חדשות יעילות יותר משיטות קיימות.

חקירות אלה מונעות גם על ידי תקנות וחששות סביבתיים. הספרות מספקת את המסקנה כי מה שמכונה "טכניקות מיצוי ירוקות" ממלאות תפקיד חיוני בטכניקות הכנת דגימות מודרניות.

טכניקות "ירוקות"

ניתן להשיג את האופי "הירוק" של תהליך המיצוי על ידי צמצום צריכת הכימיקלים, כמו ממסים אורגניים, מכיוון שאלו רעילים ומזיקים לסביבה.

נהלים המשמשים באופן שגרתי להכנת הדגימה צריכים להיות ידידותיים לסביבה, קלים ליישום, לא יקרים ויש להם משך זמן קצר יותר לביצוע התהליך כולו.

דרישות אלה מתקיימות על ידי החלת שכבות בהכנת הדגימה, שכן מדובר בקולואידים העשירים בחומרים פעילים במתיחה ומתפקדים גם כאמצעי מיצוי.

לפיכך, coacervates הם אלטרנטיבה מבטיחה להכנת דגימות מכיוון שהם מאפשרים לרכז תרכובות אורגניות, יוני מתכת וננו-חלקיקים בדגימות השונות.

הפניות

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB, & Hrust, UR (1974). מערכות שכבות ומקור חיים. מקורות החיים, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). מקור החיים והתפתחותם המוקדמת. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד.
3. Helium, L. (1954). תיאוריית הקואצ'רציה. ביקורת שמאל חדשה, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). התפתחות היסטורית של מחקר מקורות. פרספקטיבות של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, (2), 1–8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). תיאוריה ויישומים אחרונים של טכניקות מיצוי מבוססות coacervate. TrAC - מגמות בכימיה אנליטית, 71, 282-292.
6. נובאק, ו '(1974). תיאוריית מוצא החיים בכפייה. מקור החיים והביוכימיה האבולוציונית, 355–356.
7. נובאק, ו '(1984). המצב הנוכחי של תיאוריית השטיפה-בתוך-הכפרית; מקורו והתפתחותו של מבנה התא. מקורות החיים, 14, 513–522.
8. אופרין, א '(1965). מקור החיים. דובר פרסומים בע"מ