KOAZERVATE: MERKMALE, BEZIEHUNG ZUM URSPRUNG DES LEBENS - BIOLOGIE - 2025

Die Koazervate sind organisierte Gruppen von Proteinen, Kohlenhydraten und anderen Materialien in Lösung. Der Begriff Koazervat stammt aus dem Lateinischen Koazervat und bedeutet "Cluster". Diese molekularen Gruppierungen haben einige Eigenschaften von Zellen; Aus diesem Grund schlug der russische Wissenschaftler Aleksander Oparin vor, dass die Koazervate zu diesen führten.

Oparin schlug vor, dass in primitiven Meeren wahrscheinlich die geeigneten Bedingungen für die Bildung dieser Strukturen aus der Gruppierung loser organischer Moleküle bestanden. Das heißt, im Grunde werden die Koazervate als vorzelluläres Modell betrachtet.

Koazervate

Diese Koazervate hätten die Fähigkeit, andere Moleküle zu absorbieren, zu wachsen und komplexere innere Strukturen zu entwickeln, ähnlich wie Zellen. Später erlaubte das Experiment der Wissenschaftler Miller und Urey, die Bedingungen der primitiven Erde und die Bildung der Koazervate wiederherzustellen.

Eigenschaften

- Sie entstehen durch Gruppierung verschiedener Moleküle (molekularer Schwarm).

- Sie sind organisierte makromolekulare Systeme.

- Sie haben die Fähigkeit, sich von der Lösung, in der sie sich befinden, selbst zu trennen und so isolierte Tropfen zu bilden.

- Sie können organische Verbindungen im Inneren aufnehmen.

- Sie können ihr Gewicht und ihr Volumen erhöhen.

- Sie sind in der Lage, ihre interne Komplexität zu erhöhen.

- Sie haben eine isolierende Schicht und können selbst konserviert werden.

Beziehung zum Ursprung des Lebens

In den 1920er Jahren stellten der Biochemiker Aleksandr Oparin und der britische Wissenschaftler JBS Haldane unabhängig voneinander ähnliche Vorstellungen über die Bedingungen auf, die für die Entstehung des Lebens auf der Erde erforderlich sind.

Beide schlugen vor, dass sich organische Moleküle aus abiogenen Materialien in Gegenwart einer externen Energiequelle wie ultravioletter Strahlung bilden könnten.

Ein weiterer seiner Vorschläge war, dass die primitive Atmosphäre reduzierende Eigenschaften hatte: sehr wenig freien Sauerstoff. Darüber hinaus schlugen sie vor, dass es unter anderem Ammoniak und Wasserdampf enthielt.

Sie vermuteten, dass die ersten Lebensformen im Ozean warm und primitiv auftraten und dass sie heterotrop waren (sie erhielten vorgeformte Nährstoffe aus den auf der frühen Erde vorhandenen Verbindungen), anstatt autotrop zu sein (Nahrung und Nährstoffe aus Sonnenlicht zu erzeugen). oder anorganische Materialien).

Oparin glaubte, dass die Bildung der Koazervate die Bildung anderer komplexerer kugelförmiger Aggregate förderte, die mit Lipidmolekülen assoziiert waren, die es ihnen ermöglichten, durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten zu werden, und dass sie Vorläufer für Zellen gewesen sein könnten.

Wirkung von Enzymen

Oparins Koazervatarbeit bestätigte, dass Enzyme, die für die biochemischen Reaktionen des Stoffwechsels essentiell sind, besser funktionieren, wenn sie in den membrangebundenen Kugeln enthalten sind, als wenn sie in wässrigen Lösungen frei sind.

Haldane, der mit Oparins Koazervaten nicht vertraut war, glaubte, dass sich zuerst einfache organische Moleküle bildeten und dass sie in Gegenwart von ultraviolettem Licht immer komplexer wurden und die ersten Zellen entstanden.

Die Ideen von Haldane und Oparin bildeten die Grundlage für einen Großteil der in den letzten Jahrzehnten durchgeführten Forschungen zur Abiogenese, dem Ursprung des Lebens aus leblosen Substanzen.

Theorie der Koazervate

Die Koazervat-Theorie ist eine Theorie des Biochemikers Aleksander Oparin, die darauf hinweist, dass dem Ursprung des Lebens die Bildung gemischter kolloidaler Einheiten vorausging, die als Koazervate bezeichnet werden.

Koazervate entstehen, wenn Wasser verschiedene Kombinationen von Proteinen und Kohlenhydraten zugesetzt werden. Proteine ​​bilden um sie herum eine Grenzschicht aus Wasser, die deutlich von dem Wasser getrennt ist, in dem sie suspendiert sind.

Diese Koazervate wurden von Oparin untersucht, der entdeckte, dass Koazervate unter bestimmten Bedingungen wochenlang in Wasser stabilisiert werden können, wenn ihnen ein Stoffwechsel oder ein System zur Energieerzeugung gegeben wird.

Enzyme und Glukose

Um dies zu erreichen, fügte Oparin dem Wasser Enzyme und Glucose (Zucker) hinzu. Das Koazervat absorbierte die Enzyme und die Glukose, dann verursachten die Enzyme, dass das Koazervat die Glukose mit anderen Kohlenhydraten im Koazervat kombinierte.

Dies führte zu einer Vergrößerung des Koazervats. Die Abfallprodukte der Glucosereaktion wurden aus dem Koazervat ausgestoßen.

Sobald das Koazervat groß genug wurde, begann es spontan in kleinere Koazervate zu zerfallen. Wenn die vom Koazervat abgeleiteten Strukturen die Enzyme erhalten oder ihre eigenen Enzyme erzeugen könnten, könnten sie weiter wachsen und sich entwickeln.

Spätere Arbeiten der amerikanischen Biochemiker Stanley Miller und Harold Urey zeigten, dass solche organischen Materialien unter Bedingungen, die die frühe Erde simulieren, aus anorganischen Substanzen gebildet werden können.

Mit ihrem wichtigen Experiment konnten sie die Synthese von Aminosäuren (den Grundelementen von Proteinen) demonstrieren und einen Funken durch ein Gemisch einfacher Gase in einem geschlossenen System leiten.

Anwendungen

Derzeit sind Koazervate sehr wichtige Werkzeuge für die chemische Industrie. Bei vielen chemischen Verfahren ist eine Verbindungsanalyse erforderlich. Dies ist ein Schritt, der nicht immer einfach und auch sehr wichtig ist.

Aus diesem Grund arbeiten die Forscher ständig daran, neue Ideen zu entwickeln, um diesen entscheidenden Schritt bei der Probenvorbereitung zu verbessern. Ziel ist es immer, die Qualität der Proben vor Durchführung der Analyseverfahren zu verbessern.

Derzeit werden viele Techniken zur Vorkonzentration von Proben verwendet, aber jede weist neben zahlreichen Vorteilen auch einige Einschränkungen auf. Diese Nachteile fördern die kontinuierliche Entwicklung neuer Extraktionstechniken, die wirksamer sind als bestehende Methoden.

Diese Untersuchungen werden auch von Vorschriften und Umweltbelangen bestimmt. Die Literatur liefert die Grundlage für den Schluss, dass sogenannte "grüne Extraktionstechniken" eine wichtige Rolle in modernen Probenvorbereitungstechniken spielen.

"Grüne" Techniken

Der "grüne" Charakter des Extraktionsprozesses kann erreicht werden, indem der Verbrauch von Chemikalien wie organischen Lösungsmitteln reduziert wird, da diese giftig und umweltschädlich sind.

Verfahren, die routinemäßig zur Probenvorbereitung verwendet werden, sollten umweltfreundlich, einfach zu implementieren, kostengünstig und kürzer sein, um den gesamten Prozess durchzuführen.

Diese Anforderungen werden durch die Anwendung von Koazervaten bei der Probenvorbereitung erfüllt, da es sich um kolloidreiche Wirkstoffe handelt, die auch als Extraktionsmedium fungieren.

Koazervate sind daher eine vielversprechende Alternative für die Probenvorbereitung, da sie die Konzentration organischer Verbindungen, Metallionen und Nanopartikel in den verschiedenen Proben ermöglichen.

Verweise

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB & Hrust, UR (1974). Koazervatsysteme und Ursprung des Lebens. Origins of Life, 5 (1-2), 201–205.
2. Fenchel, T. (2002). Der Ursprung und die frühe Entwicklung des Lebens. Oxford University Press.
3. Helium, L. (1954). Theorie der Koazervation. New Left Review, 94 (2), 35–43.
4. Lazcano, A. (2010). Historische Entwicklung der Ursprungsforschung. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, (2), 1–8.
5. A. Melnyk, J. Namieśnik & L. Wolska (2015). Theorie und neuere Anwendungen von Koazervat-basierten Extraktionstechniken. TrAC - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). Die Koazervat-in-Koazervat-Theorie des Ursprungs des Lebens. Der Ursprung des Lebens und der evolutionären Biochemie, 355–356.
7. Novak, V. (1984). Derzeitiger Stand der Koazervat-in-Koazervat-Theorie; Ursprung und Entwicklung der Zellstruktur. Origins of Life, 14, 513–522.
8. Oparin, A. (1965). Der Ursprung des Lebens. Dover Publications, Inc.