Что такое коацерваты и какими свойствами они обладают
“Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы”. В.И. Сивоглазов (гдз)
Вопрос 1. Какие космические факторы на ранних этапах развития Земли явились предпосылками для возникновения органических соединений?
На ранних этапах развития Земли органические соединения образовывались из неорганических абиогенным путем. Источником энергии для этих процессов служило ультрафиолетовое излучение Солнца. В атмосфере не существовало ни озона, ни кислорода, поэтому ультрафиолет ничем не задерживался и достигал поверхности планеты. Под его воздействием, а также при участии электрических грозовых разрядов из воды и газов образовывались простейшие органические вещества: формальдегид, глицерин, аминокислоты, мочевина и др.
Вопрос 2. Назовите основные стадии возникновения жизни согласно теории биопоэза.
Согласно теории биопоэза, сформулированной в 1947 г. английским физиком и историком науки Джоном Берналом (1901—1971), можно выделить три стадии возникновения жизни:
1) абиогенный синтез и накопление органических мономеров (формирование «первичного бульона»);
2) образование биологических полимеров и коацерватов (от лат. coacervus — сгусток);
3) формирование мембранных структур ипервичных организмов (пробионтов).
Основное место протекания всех этих процессов — древний океан.
Вопрос 3. Как образовывались, какими свойствами обладали и в каком направлении эволюционировали коацерваты?
Образование коацерватов было бы невозможно без взаимодействия органических веществ друг с другом и с неорганическими со¬единениями. В результате такого взаимодействия из жирных кислот и спиртов образовались липиды, из аминокислот — пептиды, из нуклеотидов — нуклеиновые кислоты. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов, а белки — растворенные в воде полимерные комплексы. Такие комплексы, сливаясь друг с другом, образовывали коацерваты — структуры, обособленные от остальной массы воды. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества. В результате этого внутренний состав коацервата претерпевал изменения, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т. е. к росту и к изменению химического состава, повышающего устойчивость коацерватной капли. Судьба капли определялась преобладанием одного из указанных процессов. Академик А. И. Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь такие, которые обеспечивали им устойчивость, а также способность выделять наружу продукты обмена. Постепенно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей средой. В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т. е. приобрели свойство самовоспроизведения. Коацерваты обладали некоторыми признаками живого, но для превращений их в первые живые организмы не хватало биологических мембран. Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны, отделяющей их от окружающей среды и состоящей из фосфолипидов.
Вопрос 4. Расскажите, как возникли пробионты.
Мембраны пробионтов могли образовываться из липидных пленок на поверхности водоемов, к которым присоединялись плавающие в воде коацерваты. Для эволюции жизни были важны те коацерваты, которые содержали не только белок, но и нуклеиновые кислоты. Из их комплексов с липидами можно считать живыми организмами лишь те, которые оказлись способны к самовоспроизведению нуклеиновых кислот. Так возникли пробионты — примитивные гетеротрофы, живущие за счет органических веществ абиогенного происхождения («первичного бульона»). На этом этапе закончилась химическая и началась биологическая эволюция.
Вопрос 5. Опишите, как могло происходить усложнение внутреннего строения первых гетеротрофов.
Постепенно количество органических веществ абиогенного происхождения стало уменьшаться. Это привело к жесткой конкуренции между пробионтами, которая ускорила возникновение автотрофов, использующих для создания органики энергию солнечного света. Первые автотрофы использовали бескислородный путь фотосинтеза. Позднее появились цианобактерии, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Следствием накопления кислорода в атмосфере стало, во-первых, возникновение аэробных организмов, во-вторых, формирование защитного озонового слоя.
Параллельно происходило усложнение внутреннего строения клеток, которое в итоге привело к появлению эукариотов. Некоторые гетеротрофы вступали в симбиоз с аэробными бактериями, захватывая их и используя в качестве «энергетических станций» — будущих митохондрий. Такие симбионты дали начало животным и грибам. Другие гетеротрофы, помимо аэробных бактерий, захватывали и автотрофов-цианобактерий, которые стали хлоропластами. Так появились предшественники растений.
Вопрос 6. Почему невозможно самозарождение жизни в современных условиях?
Самозарождение жизни на Земле в настоящее время невозможно, поскольку в условиях современной богатой кислородом атмосферы органические соединения быстро разрушаются, не накапливаются и не достигают должной степени сложности. Кроме того, появления коацерватов и пробионтов не происходит из-за огромного количества гетеротрофов, очень быстро «поедающих» любое скопление органических веществ.
Источник
коацерваты это организованные группы белков, углеводов и других веществ в растворе. Термин coacervado происходит от латинского coacervare и это означает «кластер». Эти молекулярные группы имеют некоторые свойства клеток; Из-за этого русский ученый Александр Опарин предположил, что коацерваты дали начало этим.
Опарин предположил, что в примитивных морях, вероятно, существовали подходящие условия для формирования этих структур, начиная от группировки рыхлых органических молекул. То есть в основном коацерваты считаются предклеточной моделью.
Эти коацерваты будут способны поглощать другие молекулы, расти и развивать более сложные внутренние структуры, подобные клеткам. Позже эксперимент ученых Миллера и Юри позволил воссоздать условия первобытной Земли и образования коацерватов..
индекс
- 1 Характеристики
- 2 Связь с происхождением жизни
- 2.1 Действие ферментов
- 3 Теория коацерватов
- 3.1 Ферменты и глюкоза
- 4 Приложения
- 4.1 «Зеленые» техники
- 5 ссылок
черты
– Они генерируются путем группировки разных молекул (молекулярный рой).
– Они организованы макромолекулярные системы.
– Они обладают способностью к самостоятельному отделению от раствора, в котором они находятся, образуя изолированные капли.
– Они могут поглощать органические соединения внутри.
– Они могут увеличить свой вес и объем.
– Они способны увеличивать свою внутреннюю сложность.
– Они имеют изолирующий слой и могут самосохраняться.
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..
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..
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..
ссылки
- Евреинова Т.Н., Мамонтова Т.В., Карнаухов В.Н., Стефанов С.Б., Хруст У.Р. (1974). Коацерватные системы и происхождение жизни. Происхождение жизни, 5(1-2), 201-205.
- Фенчел Т. (2002). Происхождение и ранняя эволюция жизни. Издательство Оксфордского университета.
- Гелий Л. (1954). Теория коацервации. Новый левый обзор, 94(2), 35-43.
- Ласкано, А. (2010). Историческое развитие исследований происхождения. Перспективы Колд Спринг Харбор в биологии, (2), 1-8.
- Melnyk, A., Namieśnik, J. & Wolska, L. (2015). Теория и недавние применения методов экстракции на основе коацервата. TrAC – Тенденции в аналитической химии, 71, 282-292.
- Новак В. (1974). Коацерватная коацерватная теория происхождения жизни. Происхождение жизни и эволюционная биохимия, 355-356.
- Новак В. (1984). Современное состояние теории коацерват-в-коацерват; происхождение и эволюция клеточной структуры. Происхождение жизни, 14, 513-522.
- Опарин А. (1965). Происхождение жизни. Dover Publications, Inc.
Источник
Что мы делаем. Каждая страница проходит через несколько сотен совершенствующих техник. Совершенно та же Википедия. Только лучше.
Из Википедии — свободной энциклопедии
Автор коацерватной теории А. И. Опарин (справа) в лаборатории энзимологии, 1938 год
Коацерват (от лат. coacervātus — «собранный в кучу») или «Первичный бульон» — многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией коллоида (разведённого вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава.
Коацервация
Коацервация — расслоение коллоидной системы с образованием коллоидных скоплений коацерватов в виде двух жидких слоев или капель. Коацервация может возникать в результате частичной дегидратации дисперсной фазы коллоида, являясь начальной стадией коагуляции.
Сущность явления коацервации заключается в отмешивании из однородного коллоидного раствора слоя или капель, связанном с переходом от полного смешивания к ограниченной растворимости.
Коацерватные капли
Коацерватные капли — сгустки подобно водным растворам желатина. Образуются в концентрированных растворах белков и нуклеиновых кислот. Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, проходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.
Коацерваты имеют важное значение в ряде гипотез о происхождении жизни на Земле. Коацерваты в таких гипотезах представляют некие праорганизмы (протоорганизмы).
Каждая молекула имеет определенную структурную организацию (атомы, входящие в её состав, закономерно расположены в пространстве). Вследствие этого в разноатомных молекулах образуются полюсы с различными зарядами. Например, молекула воды H2O образует диполь, в котором одна часть молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный. Кроме этого, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируют на ионы.
В силу таких особенностей химической организации вокруг молекул образуются водные «рубашки» из определенным образом ориентированных молекул воды. Молекулы, окруженные водной «рубашкой», могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты. Коацерватные капли возникают также при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом полимерные молекулы «собираются» в многомолекулярные фазово-обособленные образования.
А. С. Трошин использовал коацерватные капли в качестве клеточных моделей для исследования распределения веществ между моделью и средой.
В 2011 году японские учёные воспроизвели в лаборатории возникновение из «первичного бульона» протоклеток с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри (отрезки природной ДНК входили в состав исходных компонентов[1]), способных к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК[2][3][4].
Коацерватная теория
Автором этой теории является советский биохимик академик А. И. Опарин (1924 г.). Позже Опарина и независимо от него к аналогичным выводам пришел английский учёный Дж. Холдейн.
Опарин полагал, что переход от химической эволюции к биологической требовал возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей средой.
По теории А. И. Опарина коацервация сыграла большую роль на одном из этапов возникновения жизни на Земле.
Список литературы
- Трошин А. С. Проблема клеточной проницаемости. М. — Л., 1956
- Troshin A. S. Problems of Cell Permeability. Pergamon Press, London, 1966
- Евреинова Т. Н. Концентрирование веществ и действие ферментов в коацерватах. — М., 1966
- Серебровская К. Б. Коацерваты и протоплазма. — М., 1971
Ссылки
Источник
Прежде чем приступить к определению значения термина «коацерваты», необходимо выяснить его этимологическое происхождение. В этом случае мы можем установить, что это слово происходит от латыни, именно от глагола «coacervare», что можно перевести как «накапливать».
Коацерваты – это системы, образованные объединением сложных молекул, таких как белки и аминокислоты. Эти элементы квалифицируются как примитивные живые существа, потому что, по мнению биологов, они были ключевыми в развитии жизни на планете Земля .
Российский Александр Опарин был тем, кто обнаружил, что возможно создать липидные мембраны, лишенные жизни. После нескольких экспериментов ему удалось получить капли с высоким уровнем биомолекул, выделенных из водной среды первичной мембраной. Он дал этим каплям название коацерватов.
В коацерватах развиваются химические реакции, в результате которых возникают все более сложные системы. По мере развития сложности коацерваты отделяются от водной среды и становятся независимыми единицами, которые взаимодействуют с окружающей средой.
Можно сказать, что коацерваты – это зерна или капли, которые ограничены мембраной . Это наборы молекул, которые имеют две фазы: молекулы воды окружают зерна, которые имеют различные химические вещества. Это формирует слой, который отделяет коацерваты от жидкости, в которой они развиваются.
Одна теория указывает, что в первозданной атмосфере Земли присутствовали вода, углекислый газ, аммиак и метан. Электрические разряды и солнечные лучи создали условия для появления коацерватов, которые могли бы появиться в океане, где уже были обнаружены различные органические вещества. Поглощение этих органических материалов позволило питать коацерваты, которые начали развиваться и генерировать более сложные молекулы. Продолжая эту теорию, нынешние клетки будут эволюцией этих молекул.
Таким же образом, мы не можем игнорировать еще один важный ряд аспектов, касающихся коацерватов, таких как следующие:
-Они обладают способностью обладать тем, что известно как избирательная тенденция.
-Другой важный вопрос об этих элементах, которые нас занимают, заключается в том, что они способны поглощать все, что они находят на своем пути. Тем не менее, они не могут включать или добавлять в другие коацерваты для их соответствующего состава.
– Теория или гипотеза, выдвинутая русским Опарином о происхождении жизни, была вновь поднята, спустя некоторое время, американским ученым Стэнли Миллером (1930 – 2007). То, чего он достиг, было не чем иным, как неорганической материей, чтобы придать форму определенной органической материи.
-Опарин был избран в 1970 году президентом Международного общества по изучению происхождения жизни.
В дополнение ко всему вышесказанному, мы не можем игнорировать тот факт, что коацерваты теперь стали очень полезными элементами в различных секторах, таких как, например, химия. В частности, они используются в этой области, процитированной для того, чтобы придать форму анализу соединений.
Рекомендуем
конспект
Синопсис происходит от латинского синопсиса , происхождение которого восходит к греческому. Это краткое изложение творческой работы (книга, фильм и т. Д.). Например: «Я читал синопсис новой книги Галеано, и мне показалось, что она очень интересная» , «Синопсис фильма Сталлоне мне совсем не понравился, хотя я должен признать, что истории о выстрелах и взрывах не мои любимые» , « Учитель попросил меня составить конспект романа на триста страниц ». Понятие также используется, чтобы назвать общее воздействие предмета . В этом смысле синопсис отвечает за представление наиболее важных строк рассматри
картина
Этимологическое происхождение термина «живопись», который нас сейчас занимает, можно найти в латыни. В частности, мы сталкиваемся с тем фактом, что это слово происходит от слова «пигмент», которое можно перевести как «краситель или пигмент». Живопись – это концепция с несколькими употреблениями и значениями. Этот термин можно использовать для обозначения материала, который позволяет покрыть поверхность тонким слоем, искусству живописи, хо
чиканос
Прилагательное Chicano используется для определения гражданина Соединенных Штатов, который имеет мексиканское происхождение . Поэтому чиканцы – это американцы, у которых есть мексиканские родители или предки. Например: «Чикагский артист завтра снова выступит в городском театре », «Я был в отношениях с женщиной из Чиканы в течение пяти лет, но, наконец, это не сработало» , «Вла
перепись
Из латинской переписи перепись является стандартом или списком . Его наиболее распространенное использование связано с переписью населения или переписью населения , где подсчитываются жители города или страны , а различные данные собираются для статистических целей. Например: «Правительство объявило, что в следующем году оно проведет национальную перепись» , «Данные, собранные в ходе переписи, позволят разработать более точную социальную политику» , «Согласно последней переписи, в городе
быстрота
Скорость – это качество того или иного, что является быстрым (и поэтому движется очень быстро). Следовательно, можно сказать, что скорость отражает связь между определенным пройденным расстоянием и временем, которое потребовалось для преодоления данного расстояния. Когда объект или человек движутся быстрее , будет сказано, что они быстрее . Например: «Эфиопскому спортсмену удалось быстро пройти последние километры марафона» , «Скорость нападающего была самым важным оружием команды н
двоеточие
Толстая кишка – это часть толстой кишки млекопитающих, которая начинается там, где заканчивается слепая кишка, и заканчивается там, где начинается прямая кишка . Слепая кишка, толстая кишка, прямая кишка и анальный канал образуют толстую кишку, которая является предпоследней частью пищеварительной системы. Красс можно определить как мышечную трубу длиной 1, 5 метра, которая поглощает воду и минеральные питательные вещества из пищи и сохраняет отходы. Двоеточие можно разделить на четыре части. Первый известен как восходящая ободочная кишка , начинается на ст
Источник