Encontraron un proceso de química simple mediante el cual el ARN y los aminoácidos podrían haberse relacionado en los inicios de la Tierra primitiva
Sobre el origen de la vida hay muchas preguntas, pero también muchas respuestas a los desafíos actuales, humanos y ambientales. Descorrer algunas de esas interrogantes daría sentido a ese gran rompecabezas que permanece incompleto. Un grupo de investigadores intenta aproximarse a esos inicios buscando explicaciones de cómo se da la síntesis de proteínas: un elemento clave para entender de dónde proviene la vida.
Aunque la Tierra primitiva era inhóspita, desolada y compuesta de grandes rocas, una atmósfera densa de gases como vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, había vida. Vida que tomó fuerza con el enfriamiento gradual. Entonces se formaron los océanos y la atmósfera se volvió rica en gases que permitieron el desarrollo de los primeros procesos químicos que eventualmente llevaron a la aparición de la vida que conocemos.
Un equipo de químicos de la University College London ha dado un paso esencial en la comprensión de este complejo proceso. Al asumir cómo el ARN (ácido ribonucleico) y los aminoácidos, dos de los componentes más esenciales de los seres vivos, podrían haberse unido de forma espontánea, bajo condiciones similares a las de hace 4 mil millones de años.
Los aminoácidos son los elementos básicos de las proteínas, los ‘caballos de batalla’ de la vida, fundamentales para casi todos los procesos vitales. Pero las proteínas no pueden replicarse ni producirse por sí mismas, necesitan instrucciones y estas las proporciona el ARN (ácido ribonucleico). Cómo empezaron a fraguar su relación es aún un interrogante.
El estudio publicado en Nature y liderado por el profesor Matthew Powner, del Departamento de Química de la UCL, muestra cómo pudo iniciarse a partir de condiciones relativamente simples.
La amplitud del origen de la vida
Los científicos unieron químicamente aminoácidos esenciales al ARN en condiciones que podrían haberse dado en la Tierra primitiva, un logro esquivo desde principios de los años setenta.
Powner sostiene que “la vida depende de la capacidad de sintetizar proteínas, que son las moléculas funcionales clave de la vida. Comprender el origen de la síntesis de estas es fundamental para comprender de dónde proviene la vida”. Asegura que el estudio “representa un gran paso hacia este objetivo, ya que muestra cómo el ARN pudo haber llegado a controlar inicialmente la síntesis de proteínas”.
La vida actual utiliza una máquina molecular inmensamente compleja, el ribosoma, para sintetizar proteínas. Esta máquina requiere instrucciones químicas escritas en el ARN mensajero, que transporta la secuencia de un gen desde el ADN de una célula hasta el ribosoma. A continuación, el ribosoma, como la cadena de montaje de una fábrica, lee este ARN y une los aminoácidos, uno por uno, para crear una proteína.
En este trabajo los investigadores lograron la primera parte de ese arduo proceso, utilizando una química muy simple en agua a pH neutro para unir los aminoácidos al ARN. “La química es espontánea, selectiva y podría haber ocurrido en la Tierra primitiva”, explica Powner.
Los intentos anteriores de unir aminoácidos al ARN utilizaban moléculas altamente reactivas. Pero estas se descomponían en el agua y provocaban que los aminoácidos reaccionaran entre sí, en lugar de unirse al ARN.
Grand Prismatic Spring, la fuente termal más grande del Parque Nacional de Yellowstone en Estados Unidos / Frank Kovalchek
Trabajo complejo
Los investigadores se inspiraron en la biología y utilizaron un método más suave para convertir los aminoácidos de la vida en una forma reactiva. Esta activación implicó un tioéster, un compuesto químico de alta energía importante en muchos de los procesos bioquímicos de la vida, y que ya se ha teorizado que desempeña un papel en el inicio de la vida.
“Nuestro estudio une dos teorías destacadas sobre el origen de la vida: el ‘mundo del ARN’, donde se propone que el ARN autorreplicante es fundamental. Y el ‘mundo de los tioésteres’, donde los tioésteres se consideran la fuente de energía de las primeras formas de vida”, detalla Powner, investigador de la Fundación Simons sobre los orígenes de la vida.
Para formar estos tioésteres, los aminoácidos reaccionan con un compuesto azufrado llamado panteteína. El año pasado, el mismo equipo publicó un artículo que demostraba que la panteteína podía sintetizarse en condiciones similares a las de la Tierra primitiva, lo que sugería que probablemente influyó en el inicio de la vida.
El siguiente paso, dijeron los investigadores, fue establecer cómo las secuencias de ARN podrían unirse preferentemente a aminoácidos específicos. Con el fin de que el ARN pudiera comenzar a codificar instrucciones para la síntesis de proteínas: el origen del código genético.
“Hay numerosos problemas que superar antes de que podamos dilucidar completamente el origen de la vida”, comenta Powner. “Pero el más desafiante sigue siendo el origen de la síntesis de proteínas”.
Unir las piezas de un LEGO
Jyoti Singh, del Departamento de Química de la UCL, autora principal del estudio hace una invitación. “Imaginen el día en que los químicos pudieran tomar moléculas simples y pequeñas, compuestas por átomos de carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre. Y a partir de estas piezas de LEGO formar moléculas capaces de autorreplicarse. Esto representaría un paso fundamental para resolver la cuestión del origen de la vida”.
Sin embargo, anticipa que el estudio “nos acerca a ese objetivo al demostrar cómo dos piezas químicas primordiales de LEGO (aminoácidos activados y ARN) podrían haber construido péptidos. Cadenas cortas de aminoácidos que son esenciales para la vida”.
Lo que resulta particularmente innovador es que el aminoácido activado utilizado en la investigación es un tioéster. Un tipo de molécula derivada de la coenzima A, una sustancia química presente en todas las células vivas. Este descubrimiento, resalta, podría vincular el metabolismo, el código genético y la síntesis de proteínas.
Aunque el artículo se centra únicamente en la química, el equipo de investigación indicó que las reacciones que demostraron podrían haber tenido lugar en charcas o lagos de agua en la Tierra primitiva. Pero no es probable que en los océanos, ya que las concentraciones de los productos químicos probablemente estarían demasiado diluidas.
Las reacciones son demasiado pequeñas para verlas con un microscopio de luz visible. Fueron rastreadas utilizando una variedad de técnicas que se utilizan para investigar la estructura de las moléculas. Incluidos varios tipos de imágenes por resonancia magnética, que muestran cómo están dispuestos los átomos. Y espectrometría de masas (que muestra el tamaño de las moléculas).
+ en Cambio16.com:
