Коацерват

Отношения с происхождением жизни

В 1920-х годах биохимик Александр Опарин и британский ученый Дж. Б. С. Холдейн независимо друг от друга выдвинули сходные представления об условиях, необходимых для возникновения жизни на Земле..

Оба предположили, что органические молекулы могут быть сформированы из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии, такого как ультрафиолетовое излучение.

Еще одно его предложение заключалось в том, что примитивная атмосфера обладает восстанавливающими свойствами: очень мало свободного кислорода. Кроме того, они предположили, что он содержит аммиак и водяной пар, среди других газов.

Они подозревали, что первые формы жизни появились в океане, теплые и примитивные, и что они были гетеротрофными (они получали предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существующих на примитивной Земле) вместо того, чтобы быть автотрофными (генерируя пищу и питательные вещества из солнечного света). или неорганические материалы).

Опарин полагал, что образование коацерватов способствовало образованию других более сложных сферических агрегатов, которые были связаны с молекулами липидов, которые позволяли им удерживаться вместе электростатическими силами, и которые могли быть предшественниками клеток..

Действие ферментов

Работа Oparin coacervates подтвердила, что ферменты, необходимые для биохимических реакций метаболизма, функционировали больше, когда они содержались в мембраносвязанных сферах, чем когда они были свободны в водных растворах..

Холдейн, который не был знаком с коацерватами Опарина, считал, что сначала образуются простые органические молекулы и что в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, что приводит к появлению первых клеток.

Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований по абиогенезу, происхождению жизни из безжизненных веществ, которые проводились в последние десятилетия..

Абиогенез и что такое коацерваты

Коацерват

Современный читатель может быть сторонником любой теории происхождения жизни на Земле – от теории космического заноса до вечности существования цивилизаций.

Но читатель думающий должен знать, что большинство ученых придерживается наличия добиологического периода в образовании жизненных форм – абиогенеза. И главной теоретической базой в этом вопросе является теория Опарина-Холдейна или теория коацерватных капель.

Что такое коацерваты и каковы тезисы теории абиогенеза в эволюции всего живого – в этой статье.

Возникновение термина

Обоснование теории коацерватов принадлежит российскому ученому начала 20 века А. И. Опарину. В 1924 году он опубликовал свои работы по результатам изучения растворов, насыщенных высокомолекулярными соединениями.

Он доказал, что в них формируются устойчивые зоны повышенных концентраций этих веществ, которые и получили название коацерваты в биологии.

Что такое коацерватные капли – это молекула высокомолекулярного вещества (белок), вокруг которой образуются «рубашки» из воды и низкомолекулярных соединений.

Теория Опарина-Холдейна

Именно этот процесс называется коацервация коацерват. Что такое коацерваты и теорию Опарина поддержал в 1929 году англичанин Дж. Холдейн, и именно их фамилии вошли в название добиологического или химического периода возникновения жизни на планете. Теория предполагает самозарождение высокомолекулярных органических веществ в период раннего становления атмосферы и литосферы нашей планеты.

В 1953 году химики Стенли Миллер и Гарольд К Юри решили поставить эксперимент в среде, близкой по составу и условиям к предбиотической на Земле. В колбу они поместили смесь метана, аммиака, водорода и добавили воды.

Про теорию предбиологической эволюции и что такое коацерваты узнал и заговорил весь мир.

Желатин в стакане

Что такое коацерваты легко проиллюстрировать, смешав желатин, гуммиарабику или альбумин и воду. Первоначально прозрачные растворы сначала станут мутными, а затем в них появятся мелкие сгустки, плавающие в растворе. Это и есть первоначальные коацерваты.

Что такие соединения могут делать? Обособленные частички могут адсорбировать различные вещества и обладать четко структурированной структурой, что определяет их индивидуальность.

В процессе химической эволюции происходил отбор на более устойчивые формы, которые и стали основой для возникновения живых форм.

В первичном океане в доисторические времена появляются первые частично обособленные от окружающей среды частицы. Они обмениваются со средой веществами (прообраз более сложного обмена веществ), быстро распадаются или сохраняют целостность какое-то время.

Капли растут (увеличиваются в размере) и делятся. И вот уже появляется структура более высшего порядка – мельчайшие комочки живого, которым присущи процессы синтеза и распада, развития, роста и размножения.

С этого момента начала свое историческое развитие жизнь на планете Земля.

Проблема теории коацерват

Все вышесказанное красиво в теории. Но, несмотря на успехи биологов в ее подтверждении, все, что мы сегодня создали в первичных бульонах, далеко от настоящей жизни и строения клетки.

И даже созданная в 2008 году американскими биологами «протоклетка» и японская везикула с оболочкой, способная делиться (2011), не доказывают, что все именно так и было много миллиардов лет назад на нашей планете.

Все эти эксперименты только дают пищу для построения гипотез возможного пути абиотического периода эволюции жизни.

Невероятность событий

Математик из Британии Фред Холл подсчитал вероятность случайного возникновения живой клетки в первичном бульоне. Скажем лишь, что в своих расчетах он задействовал весь современный арсенал компьютеров. При некоторых идеальных условиях, такая вероятность составит 1/10*40000. Это ничтожно малая величина, которая сводит вероятность такого события практически на нет.

Вероятности случаются

Теорию относительности пока еще никто не отменил, и несколько ярких примеров помогут показать, как совершенно невероятное с точки зрения математика все же случается. К примеру, если бы люди жили по 100 000 лет, то в 100% (то есть все без исключения) погибали бы в авиакатастрофах.

А вот реальный факт – вероятность выигрыша в американскую лотерею Cool Million просчитана точно и это 1 к 5 200 000. А американка Валери Вильсон в 2002 и в 2006 выигрывала главный приз. Или еще пример – в Болгарии в 2009 году проводили расследование работы лотереи «6 из 41». А все потому, что с разницей в четыре дня в разных тиражах выпали шесть одинаковых цифр.

При этом вероятность такого события – 3,61 • 10−14. Так что невероятное на нашей планете случается.

приложений

В настоящее время коацерваты являются очень важным инструментом для химической промышленности

Во многих химических процедурах требуется анализ соединений; Это шаг, который не всегда прост, и, кроме того, это очень важно

По этой причине исследователи постоянно работают над созданием новых идей для улучшения этого важного шага в подготовке образцов. Цель этого всегда состоит в том, чтобы улучшить качество образцов перед выполнением аналитических процедур

В настоящее время для предварительного концентрирования образцов используется много методов, но каждый, помимо многочисленных преимуществ, также имеет некоторые ограничения. Эти недостатки способствуют постоянному развитию новых методов экстракции, более эффективных, чем существующие методы..

Эти исследования также основаны на нормативных актах и ​​экологических проблемах В литературе содержится основание для вывода о том, что так называемые «методы зеленой экстракции» играют жизненно важную роль в современных методах подготовки образцов..

«Зеленые» техники

«Зеленый» характер процесса экстракции может быть достигнут за счет снижения потребления химических продуктов, таких как органические растворители, поскольку они токсичны и вредны для окружающей среды..

Процедуры, обычно используемые для подготовки образцов, должны быть безопасными для окружающей среды, быть простыми в реализации, иметь низкую стоимость и иметь более короткую продолжительность для выполнения всего процесса..

Этим требованиям отвечает применение коацерватов при приготовлении образцов, так как они представляют собой коллоиды, богатые тензоактивными веществами, а также функционируют в качестве экстракционной среды..

Таким образом, коацерваты являются многообещающей альтернативой для приготовления образцов, поскольку они позволяют концентрировать органические соединения, ионы металлов и наночастицы в разных образцах..

Вероятности случаются

Теорию относительности пока еще никто не отменил, и несколько ярких примеров помогут показать, как совершенно невероятное с точки зрения математика все же случается. К примеру, если бы люди жили по 100 000 лет, то в 100% (то есть все без исключения) погибали бы в авиакатастрофах. А вот реальный факт – вероятность выигрыша в американскую лотерею Cool Million просчитана точно и это 1 к 5 200 000. А американка Валери Вильсон в 2002 и в 2006 выигрывала главный приз. Или еще пример – в Болгарии в 2009 году проводили расследование работы лотереи «6 из 41». А все потому, что с разницей в четыре дня в разных тиражах выпали шесть одинаковых цифр. При этом вероятность такого события – 3,61 • 10−14. Так что невероятное на нашей планете случается.

Белково-коацерватная теория Опарина

Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть

разделён на три этапа:

-Возникновение органических веществ

-Возникновение белков

-Возникновение белковых тел

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли

из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их окислами в нём содержались водород,

аммиак, вода и простейший углеводород — метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента

появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться

сложным химическим изменениям и превращениям.

В результате такого усложнения молекул

могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно

синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой

победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков:

синтезирован гормон инсулин, управляющий углеводным обменом.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло

явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка

органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего

раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя

многомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных

полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные

образования — видимые под оптическим микроскопом капли.

Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в

коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили

различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.

За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние

образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен

веществ. Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все

специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных

синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул

(например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в

росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата,

а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить

решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях —

единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано,

что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных

абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» – колониями

самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие

синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

Генобиоз— методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз— методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Вопр

Предыдущая11121314151617181920212223242526Следующая

Дата добавления: 2016-06-13; просмотров: 1057;

Теория коацерватов

Теория коацерватов является теорией, выраженной биохимиком Александром Опарином, и предполагает, что происхождению жизни предшествовало образование смешанных коллоидных единиц, называемых коацерватами..

Коацерваты образуются при добавлении в воду нескольких комбинаций белков и углеводов. Белки образуют пограничный слой воды вокруг них, который четко отделен от воды, в которой они взвешены.

Эти коацерваты были изучены Опарином, который обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут стабилизироваться в воде в течение нескольких недель, если им дают метаболизм или систему для производства энергии..

Ферменты и глюкоза

Для этого Опарин добавил в воду ферменты и глюкозу (сахар). Коацерват поглощает ферменты и глюкозу, а затем ферменты заставляют коацерват объединять глюкозу с другими углеводами в коацервате..

Это привело к увеличению размера коацервата. Отходы реакции глюкозы были удалены из коацервата.

Как только коацерват стал достаточно большим, он начал самопроизвольно распадаться на более мелкие коацерваты. Если структуры, полученные из коацервата, получают ферменты или способны создавать свои собственные ферменты, они могут продолжать расти и развиваться.

Впоследствии последующие работы американских биохимиков Стэнли Миллера и Гарольда Юри показали, что такие органические материалы могут образовываться из неорганических веществ в смоделированных условиях ранней Земли..

Своим важным экспериментом они смогли продемонстрировать синтез аминокислот (основных элементов белков), пропуская искру через смесь простых газов в замкнутой системе..

Михаил Фирсов
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий