COACERVATS: CARACTERÍSTIQUES, RELACIÓ AMB ORIGEN DE LA VIDA - BIOLOGIA - 2025

Els coacervats són grups organitzats de proteïnes, carbohidrats i altres materials en una solució. El terme coacervat prové de el llatí coacervare i significa "dispersió". Aquestes agrupacions moleculars posseeixen algunes propietats pròpies de les cèl·lules; per això, el científic rus Aleksander Oparin va suggerir que els coacervats van donar origen a aquestes.

Oparin va proposar que en els mars primitius probablement van existir les condicions apropiades per a la formació d'aquestes estructures, a partir de l'agrupació de molècules orgàniques soltes. És a dir, bàsicament els coacervats són considerats un model precelular.

coacervats

Aquests coacervats tindrien la capacitat d'absorbir altres molècules, créixer i desenvolupar estructures interiors més complexes, similars a les cèl·lules. Posteriorment, l'experiment dels científics Miller i Urey va permetre recrear les condicions de la Terra primitiva i la formació dels coacervats.

Característiques

- Es generen per agrupació de diferents molècules (eixam molecular).

- Són sistemes macromoleculars organitzats.

- Tenen la capacitat d'auto-separar-se de la solució on es troben, formant així gotes aïllades.

- Poden absorbir compostos orgànics en el seu interior.

- Poden augmentar el seu pes i el seu volum.

- Són capaços d'incrementar la seva complexitat interna.

- Posseeixen una capa aïllant i poden acte-conservar-se.

Relació amb l'origen de la vida

En la dècada de 1920 el bioquímic Aleksandr Oparin i el científic britànic JBS Haldane van establir, de manera independent, idees similars sobre les condicions requerides per a l'origen de la vida a la Terra.

Tots dos van suggerir que les molècules orgàniques podrien formar-se a partir de materials abiogénicos en presència d'una font d'energia externa, com la radiació ultraviolada.

Una altra de les seves propostes va ser que l'atmosfera primitiva tenia propietats reductores: molt poca quantitat d'oxigen lliure. A més, van suggerir que contenia amoníac i vapor d'aigua, entre altres gasos.

Ells sospitaven que les primeres formes de vida van aparèixer en l'oceà, càlid i primitiu, i que eren heteròtrofs (obtenien nutrients preformats dels compostos existents a la Terra primitiva) en comptes de ser autòtrofs (generant aliments i nutrients a partir de la llum solar o materials inorgànics).

Oparin creia que la formació dels coacervats promovia la formació d'altres agregats esfèrics més complexos, els quals s'associaven a molècules de lípids que els permetia mantenir-se unides per forces electrostàtiques, i que podien haver estat precursors de les cèl·lules.

Acció dels enzims

El treball dels coacervats d'Oparin va confirmar que els enzims, essencials per a les reaccions bioquímiques de l'metabolisme, funcionaven més quan estaven contingudes dins de les esferes unides a la membrana que quan estaven lliures en solucions aquoses.

Haldane, que no estava familiaritzat amb els coacervats d'Oparin, creia que les molècules orgàniques simples es formaven primer i que, en presència de llum ultraviolada, es tornaven cada vegada més complexes, donant lloc a les primeres cèl·lules.

Les idees de Haldane i Oparin van formar la base de gran part de la investigació sobre l'abiogénesis, l'origen de la vida a partir de substàncies mancats de vida, que va tenir lloc en les últimes dècades.

Teoria dels coacervats

La teoria dels coacervats és una teoria expressada per bioquímic Aleksander Oparin i que suggereix que l'origen de la vida va estar precedit per la formació d'unitats col·loïdals mixtes trucades coacervats.

Els coacervats es formen quan s'agreguen diverses combinacions de proteïnes i carbohidrats a l'aigua. Les proteïnes formen una capa límit d'aigua al seu voltant que està clarament separada de l'aigua en la qual estan suspeses.

Aquests coacervats van ser estudiats per Oparin, qui va descobrir que sota certes condicions, els coacervats poden estabilitzar-se en aigua durant setmanes si se'ls administra un metabolisme, o un sistema per produir energia.

Enzims i glucosa

Per aconseguir això, Oparin va afegir enzims i glucosa (sucre) a l'aigua. El coacervat va absorbir els enzims i la glucosa, després els enzims van fer que el coacervat combinés la glucosa amb altres carbohidrats en el coacervat.

Això va causar que el coacervat augmentés de mida. Els productes de rebuig de la reacció de la glucosa van ser expulsats de l'coacervat.

Una vegada que el coacervat es va fer prou gran, va començar a trencar-se espontàniament en coacervats més petits. Si les estructures derivades de l'coacervat rebessin els enzims o fossin capaços de crear els seus propis enzims, podrien continuar creixent i desenvolupant-se.

Posteriorment, el treball subsecuente dels bioquímics nord-americans Stanley Miller i Harold Urey va demostrar que aquests materials orgànics es poden formar a partir de substàncies inorgàniques sota condicions que simulaven de la Terra primitiva.

Amb la seva important experiment van aconseguir demostrar la síntesi d'aminoàcids (els elements fonamentals de les proteïnes), passant una espurna a través d'una barreja de gasos simples en un sistema tancat.

aplicacions

Actualment, els coacervats són eines molt importants per a la indústria química. En molts procediments químics es requereix l'anàlisi de compostos; aquest és un pas que no sempre resulta senzill i, a més, és molt important.

Per aquesta raó, els investigadors treballen constantment per desenvolupar noves idees que permetin millorar aquest pas crucial de la preparació de les mostres. L'objectiu d'aquestes és sempre millorar la qualitat de les mostres abans de dur a terme els procediments analítics.

Hi ha moltes tècniques actualment utilitzades per concentració prèvia de les mostres, però cadascuna, a més de nombrosos avantatges, també té algunes limitacions. Aquestes desavantatges promouen el desenvolupament continu de noves tècniques d'extracció més efectives que els mètodes existents.

Aquestes investigacions també estan impulsades per regulacions i preocupacions ambientals. La literatura proporciona les bases per concloure que les anomenades "tècniques d'extracció verd" juguen un paper vital en les tècniques modernes de preparació de mostres.

Tècniques «verds»

El caràcter "verd" de l'procés d'extracció es pot aconseguir reduint el consum de productes químics, com els dissolvents orgànics, ja que aquests són tòxics i nocius per al medi ambient.

Els procediments rutinàriament utilitzats per a la preparació de mostres haurien de ser amigables amb l'ambient, ser fàcils d'implementar, tenir baix cost i tenir una menor durada per dur a terme tot el procés.

Aquests requisits es compleixen mitjançant l'aplicació de coacervats en la preparació de mostres, ja que són col·loides rics en agents tens-actius i també funcionen com un mitjà d'extracció.

Així, els coacervats són una alternativa prometedora per a la preparació de mostres perquè permeten concentrar compostos orgànics, ions metàl·lics i nano-partícules en les diferents mostres.

referències

1. Evreinova, TN, Mamontova, TW, Karnauhov, VN, Stephanov, SB, & Hrust, UR (1974). Coacervate systems and origin of life. Origins of Life, 5 (1-2), 201-205.
2. Fenchel, T. (2002). The Origin and Early Evolution of Life. Oxford University Press.
3. Helium, L. (1954). Theory of coacervation. New Left Review, 94 (2), 35-43.
4. Lazcano, A. (2010). Historical Development of Origins Research. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, (2), 1-8.
5. Melnyk, A., Namieśnik, J., & Wolska, L. (2015). Theory and recent applications of coacervate-based extraction techniques. Traç - Trends in Analytical Chemistry, 71, 282-292.
6. Novak, V. (1974). The Coacervate-in-Coacervate Theory of The Origin of Life. The Origin of Life and Evolutionary Biochemistry, 355-356.
7. Novak, V. (1984). Present state of the coacervate-in-coacervate theory; origin and evolution of cell structure. Origins of Life, 14, 513-522.
8. Oparin, A. (1965). The Origin of Life. Dover Publications, Inc.