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Origen molecular de la vida: ¿Qué se formó primero: proteína, ADN o ARN o una combinación de los mismos?

"Se han respondido varias preguntas sobre el origen de la vida, pero queda mucho por estudiar", dijeron Stanley Miller y Harold Urey allá por 1959, después de informar sobre la síntesis de aminoácidos en laboratorio en condiciones terrestres primitivas. Aunque se han realizado muchos avances, los científicos llevan mucho tiempo lidiando con una pregunta fundamental: ¿qué material genético se formó primero en la Tierra primitiva? ADN or moléculas de ARN, ¿O un poco de ambos? Ahora hay evidencia que sugiere que ADN y moléculas de ARN ambos pueden haber coexistido en la sopa primordial de donde las formas de vida pueden haber evolucionado con sus respectivos materiales genéticos.

El dogma central de la biología molecular establece que ADN hace moléculas de ARN hace proteínas. Proteínas son responsables de la mayoría, si no de todas, las reacciones que tienen lugar en un organismo. La funcionalidad completa de un organismo depende en gran medida de su presencia e interacción de proteína moléculas. Según el dogma central, proteínas son producidos por la información contenida en ADN que se convierte en funcional proteína a través de un mensajero llamado ARN. Sin embargo, es posible que proteínas ellos mismos pueden sobrevivir independientemente sin ningún ADN or moléculas de ARN, como es el caso de los priones (mal plegados proteína moléculas que no contienen ADN or moléculas de ARN), pero pueden sobrevivir por sí solos.

Por tanto, puede haber tres escenarios para el origen de la vida.

a) Si el proteínas o sus componentes básicos pudieron formarse abióticamente durante la atmósfera que existió hace miles de millones de años en la sopa primordial, proteínas puede denominarse como la base de origen de la vida. La evidencia experimental a su favor proviene del famoso experimento de Stanley Miller1, 2, que mostró que cuando una mezcla de metano, amoníaco, agua e hidrógeno se mezcla y circula a través de una descarga eléctrica, se forma una mezcla de aminoácidos. Esto se corroboró nuevamente siete años después.3 en 1959 por Stanley Miller y Harold Urey afirmando que la presencia de una atmósfera reductora en la Tierra primordial dio lugar a la síntesis de ecológicos compuestos en presencia de los gases mencionados anteriormente más pequeñas cantidades de monóxido de carbono y dióxido de carbono. La relevancia de los experimentos de Miller-Urey fue cuestionada por la fraternidad científica durante varios años, quienes pensaban que la mezcla de gases utilizada en sus investigaciones era demasiado reductora con respecto a las condiciones que existían en la Tierra primitiva. Varias teorías apuntaban a una atmósfera neutra que contenía un exceso de CO2 con N2 y vapor de agua.4. Sin embargo, también se ha identificado una atmósfera neutra como un entorno plausible para la síntesis de aminoácidos.5. Además, para proteínas Para actuar como orígenes de la vida, necesitan autorreplicarse, lo que lleva a una combinación de diferentes proteínas para atender las diferentes reacciones que tienen lugar en un organismo.

B) Si la sopa primordial proporcionó las condiciones para la construcción de bloques de ADN y/o moléculas de ARN entonces cualquiera de estos podría haber sido el material genético. La investigación hasta ahora favoreció moléculas de ARN Ser el material genético para el origen de formas de vida debido a su capacidad de plegarse sobre sí mismo, existiendo como una sola hebra y actuando como una enzima.6, capaz de hacer más moléculas de ARN moléculas. Varias enzimas de ARN autorreplicantes.7 han sido descubiertos a lo largo de los años, lo que sugiere moléculas de ARN ser el material genético de partida. Esto se vio reforzado aún más por la investigación realizada por el grupo de John Sutherland que condujo a la formación de dos bases de ARN en un ambiente similar a la sopa primordial al incluir fosfato en la mezcla.8. La formación de bloques de construcción de ARN también se ha demostrado simulando una atmósfera reductora (que contiene amoníaco, monóxido de carbono y agua), similar a la utilizada en el experimento de Miller-Urey y luego pasando descargas eléctricas y láseres de alta potencia a través de ellos.9. Si se cree que el ARN es el creador, ¿cuándo y cómo surgió? ADN y las proteínas surgen? Hizo ADN Se desarrolló como material genético más tarde debido a la naturaleza inestable del ARN y las proteínas siguieron su ejemplo. Las respuestas a todas estas preguntas siguen sin respuesta.

C) El tercer escenario de que el ADN y el ARN pueden coexistir en la sopa primordial que condujo al origen de la vida provino de estudios publicados en 3rd Junio ​​de 2020 por el grupo de John Sutherland del Laboratorio MRC en Cambridge, Reino Unido. Los investigadores simularon las condiciones que existían en la Tierra primordial hace miles de millones de años, con estanques poco profundos en el laboratorio. Primero disolvieron las sustancias químicas que se forman moléculas de ARN en agua, seguido de secarlos y calentarlos y luego someterlos a radiación ultravioleta que simulaba los rayos del sol existentes en el tiempo primordial. Esto no sólo condujo a la síntesis de los dos pilares de la moléculas de ARN pero también de ADN, lo que sugiere que ambos ácidos nucleicos coexistieron en el momento del origen de la vida.10.

Basado en el conocimiento contemporáneo existente hoy y honrando el dogma central de la biología molecular, parece plausible que el ADN y el ARN coexistieran que llevaron al origen de la vida y la formación de proteínas vino / ocurrió más tarde.

Sin embargo, el autor desea especular sobre otro escenario en el que las tres macromoléculas biológicas importantes, a saber. El ADN, el ARN y la proteína existían juntos en la sopa primordial. Las condiciones desordenadas que existían en la sopa primordial que involucran la naturaleza química de la superficie de la tierra, erupciones volcánicas y presencia de gases como amoníaco, metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono junto con agua pueden haber sido ideales para que se formaran todas las macromoléculas. Una pista de esto ha sido proporcionada por la investigación realizada por Ferus et al., Donde las nucleobases se formaron en la misma atmósfera reductora.9 utilizado en el experimento de Miller-Urey. Si vamos a creer en esta hipótesis, entonces durante el curso de la evolución, diferentes organismos adoptaron uno u otro material genético, que favoreció su existencia en el futuro.

Sin embargo, a medida que intentamos comprender el origen de las formas de vida, se requiere mucha más investigación para responder las preguntas fundamentales y pertinentes sobre cómo se originó y se propagó la vida. Esto requeriría un enfoque “listo para usar” sin depender de los prejuicios introducidos en nuestro pensamiento por los dogmas actuales seguidos en la ciencia.

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Referencias:

1. Miller S., 1953. Una producción de aminoácidos bajo posibles condiciones primitivas de la Tierra. Ciencias. 15 de mayo de 1953: Vol. 117, número 3046, págs. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Sopa prebiótica: revisitando el experimento Miller. Science 02 de mayo de 2003: Vol. 300, Edición 5620, págs. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. Miller SL y Urey HC, 1959. Síntesis de compuestos orgánicos en la Tierra primitiva. Science 31 de julio de 1959: vol. 130, número 3370, págs. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Composición atmosférica y clima en la Tierra primitiva. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361: 1733–1741 (2006). Publicado: 07 de septiembre de 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Una reevaluación de la síntesis orgánica prebiótica en atmósferas planetarias neutras. Orig Life Evol Biosph 38: 105-115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. La secuencia intermedia. moléculas de ARN de Tetrahymena es una enzima. Ciencia 31 de enero de 1986: vol. 231, Número 4737, págs. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Transcripción catalizada por ribozima de una ribozima activa. Science 08 Abr: Vol. 332, número 6026, págs. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. Powner, M., Gerland, B. y Sutherland, J., 2009. Síntesis de ribonucleótidos de pirimidina activados en condiciones prebióticamente plausibles. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formación de nucleobases en una atmósfera reductora Miller-Urey. PNAS 25 de abril de 2017 114 (17) 4306-4311; publicado por primera vez el 10 de abril de 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Formación prebiótica selectiva de ARN pirimidina y ADN nucleósidos de purina. Naturaleza 582, 60–66 (2020). Publicado: 03 de junio de 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

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Soni Rajeev
Soni Rajeevhttps://www.RajeevSoni.org/
Dr. Rajeev Soni (ORCID ID: 0000-0001-7126-5864) tiene un Ph.D. en Biotecnología de la Universidad de Cambridge, Reino Unido y tiene 25 años de experiencia trabajando en todo el mundo en varios institutos y multinacionales como The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux y como investigador principal en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. en descubrimiento de fármacos, diagnóstico molecular, expresión de proteínas, fabricación biológica y desarrollo empresarial.

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