Какие свойства коацерватов по мнению
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[править | править код]
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[править | править код]
Коацерватные капли — сгустки, подобные 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 определённую 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 определённым 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[править | править код]
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[править | править код]
- 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
Примечания[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- Зарождение жизни объяснили без участия бога
Содержание
1. Введение
2. Основная часть
2.1 Гипотеза А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле
2.2 Сильные и слабые стороны концепции
3. Заключение
4. Используемая литература
Введение
Жизнь – такое понятное и вместе с тем такое загадочное для каждого мыслящего человека слово. Казалось бы, что смысл этого слова должен быть ясен и однозначен для всех времен и всех народов. Однако, мы знаем, что на протяжении многих веков менялись взгляды на проблему происхождения жизни, и было высказано большое количество самых разнообразных гипотез и концепций. Некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания.
Одним из главных препятствий, стоявших в начале XX в. на пути решения проблемы возникновения жизни, было господствовавшее в науке и основанное на повседневном опыте убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями не существует никакой взаимосвязи. До середины XX в. многие ученые полагали, что органические соединения могут возникать только в живом организме, биогенно. Именно поэтому их назвали органическими соединениями в противоположность веществам неживой природы — минералам, которые получили название неорганических соединений. Считалось, что природа неорганических веществ совершенно иная, а поэтому возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ принципиально невозможно. Однако после того, как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление о двух разных сущностях органических и неорганических веществ оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия и биохимия, изучающие химические процессы в живых организмах.
Кроме того, данное научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате физических и химических процессов. Исходную основу этой гипотезы составили данные о сходстве веществ, входящих в состав растений и животных, а также о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, составляющие белок.
Эти открытия легли в основу концепции А. И. Опарина, опубликованной в 1924 г. в книге «Происхождение жизни», где была изложена принципиально новая гипотеза происхождения жизни.
Основная часть
Гипотеза А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле
В 1924 г. русский ученый Александр Иванович Опарин впервые сформулировал основные положения концепции предбиологической эволюции.
Появление жизни он рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень — биохимическую эволюцию. Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле — длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.
Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:
1) этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли;
2) этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;
3) этап самоорганизации сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.
На первом этапе, около 4 млрд. лет назад, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотический синтез углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Для этого периода эволюции Земли были характерны многочисленные вулканические извержения с выбросом огромного количества раскаленной лавы. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались на Землю ливнями, образуя огромные водные пространства. Поскольку поверхность Земли оставалась все-таки горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты. Эти процессы продолжались многие миллионы лет. Таким образом, в водах первичного океана были растворены различные соли. Кроме того, в него попадали и органические соединения: сахара, аминокислоты, азотистые основания, органические кислоты и т.п., непрерывно образующиеся в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения, высокой температуры и активной вулканической деятельности.
Первичный океан, вероятно, содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попавшие в него из атмосферы и поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и, в конце концов, воды океана стали «бульоном» из белковоподобных веществ — пептидов.
На втором этапе, по мере смягчения условий на Земле, под воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений — биополимеров и нуклеотидов, которые, постепенно объединяясь и усложняясь, превращались в протобионтов (доклеточные предки живых организмов). Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов, или коацерватных капель.
Коацерваты — это комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя: слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате внутреннее строение коацерватов менялось, что вело или к их распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и изменению химического состава, повышающего их устойчивость в постоянно меняющихся условиях. Теория биохимической эволюции рассматривает коацерваты как предбиологические системы, представляющие собой группы молекул, окруженные водной оболочкой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечило возможность первичного обмена веществ со средой.
На третьем этапе, как предполагал Опарин, начал действовать естественный отбор. В массе коацерватных капель происходил отбор коацерватов, наиболее устойчивых к данным условиям среды. Процесс отбора шел в течение многих миллионов лет, в результате чего сохранилась только малая часть коацерватов. Однако сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму. А обмен веществ — первейшее свойство жизни. Вместе с тем, достигнув определенных размеров, материнская капля могла распадаться на дочерние, которые сохраняли особенности материнской структуры. Таким образом, можно говорить о приобретении коацерватами свойства самовоспроизведения — одного из важнейших признаков жизни. По сути дела, на этой стадии коацерваты превратились в простейшие живые организмы.
Дальнейшая эволюция этих предбиологических структур была возможна только при усложнении обменных и энергетических процессов внутри коацервата. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла обеспечить только мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделившие коацерват от окружающей его водной среды. В процессе эволюции липиды трансформировались в наружную мембрану, что значительно повысило жизнеспособность и устойчивость организмов.
В протоклетках вроде коацерватов или микросфер шли реакции полимеризации нуклеотидов, пока из них не сформировался протоген – первичный ген, способный катализировать возникновение определенной аминокислотной последовательности — первого белка. Вероятно, первым таким белком был предшественник фермента, катализирующего синтез ДНК или РНК. Те протоклетки, в которых возник примитивный механизм наследственности и белкового синтеза, быстрее делились и забрали в себя все органические вещества первичного океана. На этой стадии шел уже естественный отбор на скорость размножения; любое усовершенствование биосинтеза подхватывалось, и новые протоклетки вытесняли все предыдущие.
Схематическое представление пути происхождения жизни согласно белково-коацерватной теории А.И. Опарина
Теорию Опарина горячо поддержал кембриджский профессор Хэлдейн. Он открыл полемику по проблеме происхождения жизни в статье, опубликованной в Rationalist Annual в 1929 году. В ней Хэлден выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что он назвал горячим разбавленным бульоном (hot dilute soup; впоследствии прижилось название первичный бульон или протобульон — primeval soup).
Современное двуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизни исходит из теории Опарина-Хэлдейна о происхождении жизни.
Наибольшим успехом теории Опарина-Хэлдейна стал широко разрекламированный эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.
Эксперимент Миллера
Чарльз Дарвин верил, что неживая материя может преобразоваться в живую с помощью электричества — ведь еще на его деда, Эразма Дарвина, произвел большое впечатление Франкенштейн, вышедший из-под пера Мэри Шелли. Мысль о том, что пиротехнические упражнения с электричеством могут породить жизнь, имела огромную притягательность; так что неудивителен огромный интерес к эксперименту Стэнли Миллера, результаты которого были опубликованы в 1953 году.
Эксперимент Миллера, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты — два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилась вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты — глицин (NH2CH2COOH) и аланин (NH2CH(CH3)COOH).
Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент. При этом обнаружилось, что видоизменение условий эксперимента дает возможность получать небольшое количество других аминокислот. Однако повторить эксперимент было сложно, и многие результаты были получены только после множества безрезультатных попыток.
Сообщалось о том, что в процессе экспериментов возникли основные компоненты, необходимые для жизни. Так, в широко распространенном учебнике биохимии Ленинджера (Lehninger, 1970) говорится, что в ходе экспериментов были получены представители всех важнейших типов молекул, имеющихся в клетках. Это утверждение абсолютно неверно, так как из многих биохимических веществ, имеющихся в клетках, только два подобны тем, что получены в экспериментах типа миллеровских — это глицин и аланин. Но и они были представлены в очень малых концентрациях. К тому же в ходе экспериментов ни разу не были получены нуклеиновые кислоты, протеин, липид и полисахарид — более 90% веществ, составляющих живую клетку.
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
удобство и простота использования
Юзабилити — это слово, которое не объединяет официальный словарь Королевской испанской академии (RAE) . Тем не менее, это очень распространено в области вычислительной техники, а также технологии . Концепция основана на удобстве использования в английском языке и относится к легкости, с которой пользователь может использовать инструмент, созданный други
событие
Определить этимологическое происхождение термина «событие» — это первый шаг, который необходимо предпринять, чтобы понять его значение. В этом случае мы должны были бы сказать, что оно происходит от латыни, в частности, от суммы префикса «a-» и от глагола «contingere», который можно перевести как «произойти». Событие — это событие или ситуация, которые благодаря своей необычной характеристике приобретают актуальность и привлекают внимание. В современном обществе события отслеживаются и освещаются в средствах массовой информации . Например: «Приезд п
эмансипация
От латинского слова « эмансипация» эмансипация — это акт и результат эмансипации или эмансипации . Этот глагол (эмансипат), с другой стороны, намекает на освобождение зависимости или подчинения . Например: «Это правительство будет работать в пользу эмансипации молодежи» , «Когда люди хотят их эмансипации, никто не может их остановить» , «Эмансипация жен
градация
Выпускной акт — это акт и результат окончания обучения : присуждение степени или получение ее; ценить или указывать степени чего-либо; разделить элемент на градусы. Поэтому, чтобы понять, что такое выпускной, важно знать, что такое степени . Имея этимологическое происхождение в латинском градусе , степень — это термин, который может относиться к уровню , значению или состоянию . Его также называют степенью, полученной при завершени
обменный курс
Говоря об обменном курсе (выражение, которое также упоминается как обменный курс ), обычно делается ссылка на связь обменного курса, которая может быть установлена между двумя валютами разных стран . Эти данные позволяют узнать, сколько из X- монеты можно получить, предложив Y- валюту. Другими словами, обменный курс показывает, сколько денег я могу купить за иностр
изобразительное искусство
Понятие визуального искусства сформировано двумя хорошо дифференцированными терминами, которые мы объясним далее: искусство и визуальное. Искусство — это слово, используемое для обозначения созданных человеком творений, благодаря которым проявляется его чувствительный взгляд на мир, будь то реальный или воображаемый. Для этого художник опирается на ряд ресурсов, которые находятся в его распоряжении; они могут быть пластическими, лингвистическими или звуковыми. Искусство родилось с ритуальной или магической функцией и стало мутировать, чтобы стать эстетическим и даже развлекательным в