COACERVATEN: KENMERKEN, RELATIE MET OORSPRONG VAN LEVEN - BIOLOGIE - 2026

De coacervaten zijn georganiseerde groepen eiwitten, koolhydraten en andere materialen in oplossing. De term coacervaat komt van het Latijnse coacervare en betekent "cluster". Deze moleculaire groeperingen hebben enkele eigenschappen van cellen; Om deze reden suggereerde de Russische wetenschapper Aleksander Oparin dat de coacervaten deze veroorzaakten.

Oparin stelde voor dat in primitieve zeeën waarschijnlijk de juiste omstandigheden bestonden voor de vorming van deze structuren, uit de groepering van losse organische moleculen. Dat wil zeggen dat de coacervaten in feite als een precellulair model worden beschouwd.

Coacervaten

Deze coacervaten zouden het vermogen hebben om andere moleculen te absorberen, te groeien en complexere interne structuren te ontwikkelen, vergelijkbaar met cellen. Later liet het experiment van de wetenschappers Miller en Urey toe om de omstandigheden van de primitieve aarde en de vorming van de coacervaten te herscheppen.

kenmerken

- Ze worden gegenereerd door verschillende moleculen te groeperen (moleculaire zwerm).

- Het zijn georganiseerde macromoleculaire systemen.

- Ze hebben het vermogen om zichzelf te scheiden van de oplossing waar ze zich bevinden, waardoor ze geïsoleerde druppels vormen.

- Ze kunnen organische verbindingen binnenin opnemen.

- Ze kunnen hun gewicht en hun volume verhogen.

- Ze zijn in staat hun interne complexiteit te vergroten.

- Ze hebben een isolerende laag en zijn zelfconserverend.

Relatie met de oorsprong van het leven

In de jaren twintig ontwikkelden biochemicus Aleksandr Oparin en de Britse wetenschapper JBS Haldane onafhankelijk soortgelijke ideeën over de voorwaarden die nodig zijn voor het ontstaan ​​van leven op aarde.

Ze suggereerden allebei dat organische moleculen kunnen ontstaan ​​uit abiogene materialen in aanwezigheid van een externe energiebron, zoals ultraviolette straling.

Een ander voorstel van hem was dat de primitieve atmosfeer reducerende eigenschappen had: zeer weinig vrije zuurstof. Bovendien suggereerden ze dat het onder andere ammoniak en waterdamp bevatte.

Ze vermoedden dat de eerste levensvormen in de oceaan verschenen, warm en primitief, en dat ze heterotroof waren (ze haalden voorgevormde voedingsstoffen uit de verbindingen die in de vroege aarde bestonden) in plaats van autotroof te zijn (ze produceerden voedsel en voedingsstoffen uit zonlicht. of anorganische materialen).

Oparin geloofde dat de vorming van de coacervaten de vorming van andere, meer complexe bolvormige aggregaten bevorderde, die werden geassocieerd met lipidemoleculen waardoor ze bij elkaar konden worden gehouden door elektrostatische krachten, en dat ze voorlopers van cellen konden zijn.

Actie van enzymen

Het coacervatenwerk van Oparin bevestigde dat enzymen, essentieel voor de biochemische reacties van het metabolisme, beter functioneren wanneer ze zich in de membraangebonden sferen bevinden dan wanneer ze vrij zijn in waterige oplossingen.

Haldane, die niet bekend was met de coacervaten van Oparin, geloofde dat eerst eenvoudige organische moleculen werden gevormd en dat ze in de aanwezigheid van ultraviolet licht steeds complexer werden, waardoor de eerste cellen ontstonden.

De ideeën van Haldane en Oparin vormden de basis voor veel van het onderzoek naar abiogenese, de oorsprong van leven uit levenloze stoffen, dat de afgelopen decennia heeft plaatsgevonden.

Theorie van coacervaten

De coacervaattheorie is een theorie die wordt uitgedrukt door biochemicus Aleksander Oparin en die suggereert dat de oorsprong van het leven werd voorafgegaan door de vorming van gemengde colloïdale eenheden, coacervaten genaamd.

Coacervaten worden gevormd wanneer verschillende combinaties van eiwitten en koolhydraten aan water worden toegevoegd. Eiwitten vormen een grenslaag van water om hen heen die duidelijk gescheiden is van het water waarin ze zich bevinden.

Deze coacervaten werden bestudeerd door Oparin, die ontdekte dat coacervaten onder bepaalde omstandigheden wekenlang in water kunnen stabiliseren als ze een metabolisme krijgen, of een systeem om energie te produceren.

Enzymen en glucose

Om dit te bereiken voegde Oparin enzymen en glucose (suiker) toe aan het water. Het coacervaat absorbeerde de enzymen en glucose, waarna de enzymen ervoor zorgden dat het coacervaat de glucose combineerde met andere koolhydraten in het coacervaat.

Dit zorgde ervoor dat het coacervaat in omvang toenam. De afvalproducten van de glucosereactie werden uit het coacervaat verdreven.

Toen het coacervaat eenmaal groot genoeg werd, begon het spontaan uiteen te vallen in kleinere coacervaten. Als de structuren afgeleid van het coacervaat de enzymen zouden ontvangen of hun eigen enzymen konden maken, konden ze blijven groeien en zich ontwikkelen.

Later bleek uit later werk van de Amerikaanse biochemici Stanley Miller en Harold Urey dat dergelijke organische materialen kunnen worden gevormd uit anorganische stoffen onder omstandigheden die de vroege aarde simuleren.

Met hun belangrijke experiment konden ze de synthese van aminozuren (de fundamentele elementen van eiwitten) demonstreren, waarbij ze een vonk door een mengsel van eenvoudige gassen in een gesloten systeem lieten gaan.

Toepassingen

Momenteel zijn coacervaten zeer belangrijke hulpmiddelen voor de chemische industrie. Verbindingsanalyse is vereist bij veel chemische procedures; Dit is een stap die niet altijd gemakkelijk is en ook erg belangrijk.

Om deze reden werken onderzoekers constant aan het ontwikkelen van nieuwe ideeën om deze cruciale stap in de monstervoorbereiding te verbeteren. Het doel hiervan is altijd om de kwaliteit van de monsters te verbeteren voordat de analytische procedures worden uitgevoerd.

Er zijn momenteel veel technieken die worden gebruikt voor het voorconcentreren van monsters, maar elk heeft naast tal van voordelen ook enkele beperkingen. Deze nadelen bevorderen de voortdurende ontwikkeling van nieuwe extractietechnieken die effectiever zijn dan bestaande methoden.

Deze onderzoeken worden ook gedreven door regelgeving en milieukwesties. De literatuur vormt de basis om te concluderen dat zogenaamde "groene extractietechnieken" een cruciale rol spelen in moderne monstervoorbereidingstechnieken.

"Groene" technieken

Het "groene" karakter van het extractieproces kan worden bereikt door het verbruik van chemicaliën, zoals organische oplosmiddelen, te verminderen, aangezien deze giftig en schadelijk zijn voor het milieu.

Procedures die routinematig worden gebruikt voor monstervoorbereiding, moeten milieuvriendelijk, gemakkelijk te implementeren, goedkoop en korter zijn om het hele proces uit te voeren.

Aan deze eisen wordt voldaan door coacervaten toe te passen bij de monstervoorbereiding, aangezien het colloïden zijn die rijk zijn aan trekactieve stoffen en ook als extractiemedium fungeren.

Coacervaten zijn dus een veelbelovend alternatief voor monstervoorbereiding omdat ze het concentreren van organische verbindingen, metaalionen en nanodeeltjes in de verschillende monsters mogelijk maken.

Referenties

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB, & Hrust, UR (1974). Coacervate systemen en oorsprong van leven. Origins of Life, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). De oorsprong en vroege evolutie van het leven. Oxford Universiteit krant.
3. Helium, L. (1954). Theorie van coacervatie. New Left Review, 94 (2), 35-43.
4. Lazcano, A. (2010). Historische ontwikkeling van Origins Research. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, (2), 1-8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Theorie en recente toepassingen van extractietechnieken op basis van coacervaat. TrAC - Trends in analytische chemie, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). The Coacervate-in-Coacervate Theory of The Origin of Life. De oorsprong van het leven en de evolutionaire biochemie, 355-356.
7. Novak, V. (1984). Huidige staat van de coacervaat-in-coacervaat theorie; oorsprong en evolutie van celstructuur. Origins of Life, 14, 513-522.
8. Oparin, A. (1965). De oorsprong van het leven. Dover Publications, Inc.