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

CIENCIASBIOLOGÍAOrigen 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 en 1959 después de informar sobre la síntesis de aminoácidos en el laboratorio en condiciones de la tierra primitiva. Muchos avances en el futuro, pero los científicos han estado lidiando durante mucho tiempo con una pregunta fundamental: ¿qué material genético se formó primero en la tierra primitiva, ADN o ARN, o un poco de ambos? Ahora hay evidencia que sugiere que el ADN y el ARN pueden haber coexistido en la sopa primordial desde donde las formas de vida pueden haber evolucionado con los respectivos materiales genéticos.

El dogma central de la biología molecular establece que ADN hace ARN hace proteínas. Las proteínas son responsables de la mayoría, si no de todas, las reacciones que tienen lugar en un organismo. Toda la funcionalidad de un organismo depende principalmente de su presencia e interacción de proteína moléculas. De acuerdo con el dogma central, las proteínas son producidas por la información contenida en ADN que se convierte en proteína funcional a través de un mensajero llamado ARN. Sin embargo, es posible que las propias proteínas puedan sobrevivir de forma independiente sin ADN ni ARN, como es el caso de los priones (moléculas de proteínas mal plegadas que no contienen ADN ni ARN), pero pueden sobrevivir por sí mismas.

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

A) Si las proteínas o sus componentes básicos pudieran formarse abióticamente durante la atmósfera que existía hace miles de millones de años en la sopa primordial, las proteínas pueden 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 atmósfera reductora en la tierra primordial dio lugar a la síntesis de compuestos orgánicos en presencia de los gases antes mencionados 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 su investigación era demasiado reductora con respecto a las condiciones que existían en la Tierra primordial. Varias teorías apuntaban hacia 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 que las proteínas actúen como orígenes de la vida, necesitan auto-replicarse, 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 ARN a formar, entonces cualquiera de estos podría haber sido el material genético. La investigación hasta ahora favorecía que el ARN fuera el material genético del origen de las 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 producir más moléculas de ARN. Varias enzimas de ARN autorreplicantes7 se han descubierto a lo largo de los años, lo que sugiere que el ARN es el material genético inicial. Esto se vio reforzado 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 originador, entonces, ¿cuándo y cómo surgieron el ADN y las proteínas? ¿Se desarrolló el ADN 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 una Tierra primordial hace miles de millones de años, con estanques poco profundos en el laboratorio. Primero disolvieron sustancias químicas que forman ARN en agua, luego las secaron y calentaron y luego las sometieron a radiación ultravioleta que simulaba los rayos del sol que existían en la época primordial. Esto no solo llevó a la síntesis de los dos componentes básicos del ARN, sino también del 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 de ARN de Tetrahymena es una enzima. Science 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 nucleósidos de ARN pirimidina y ADN purina. Nature 582, 60–66 (2020). Publicado: 03 de junio de 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

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Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://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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