martes, 27 de septiembre de 2016

Mundo amiloide

Experimentos recientes avalan la posibilidad de que las moléculas precursoras de la vida en la Tierra fueran estructuras amiloides.

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Experimentos realizados por científicos del ETH muestran que es muy fácil conseguir que estructuras bidimensionales similares a las proteínas se formen espontáneamente a partir de sus bloques constituyentes. Este descubrimiento apoya la idea de que la vida comenzaría de forma primordial de una manera similar.
Así como es fácil describir la proliferación de vida en multitud de especies gracias a los mecanismos de la evolución, describir la abiogénesis que produjo las primeras formas de vida es una tarea complicada. Entre otras cosas no disponemos de una máquina del tiempo para ir a eras tan remotas, ni tampoco se han conservado pruebas fósiles químicas de ello que podamos estudiar, así que se queda un poco fuera de la ciencia.
De algún modo unas moléculas orgánicas más o menos sencillas (aminoácidos, azúcares, bases nitrogenadas, etc), que se pueden producir de manera espontánea de forma fácil por procesos químicos, dieron lugar a estructuras capaces de reproducirse a través de procesos desconocidos. Estas estructuras reproducibles lograban pasar algún tipo de información a las siguientes generaciones. Una vez se tuvo esto, fue fácil que se produjeran por evolución los primeros microorganismos hace unos 3800 millones de años. Pero este salto es brutal.
A falta de pruebas fósiles directas se puede intentar remedar lo que pasó en aquel entonces en un laboratorio. Pero esto no es tampoco nada fácil. Las escalas de tiempo y volúmenes son muchísimo menores en el laboratorio que en la Tierra primordial. Tampoco sabemos si hay una única vía que produzca la vida y bioquímica que conocemos. Puede que algún día demos con una, pero, ¿podremos afirmar que esa vía es la única? Si podemos contestar que sí entonces sabremos cómo comenzó la vida. Si no lo podemos hacer, ¿podremos afirmar que esa vía fue la empleada por la vida en aquel entonces?
No se sabe qué bloques constituyentes lograron formar las primeras moléculas complejas que dieron lugar a estructuras reproductivas. Hay varias hipótesis que proponen distintos precursores.
Roland Riek y Jason Greenwald creen que los bloques primordiales podrían ser agregados de proteínas denominados amiloides. Para comprobar esta propuesta hicieron una serie de experimentos que trataban de demostrar la facilidad con que se forman de manera espontánea. Ahora publican los resultados obtenidos.
Los experimentos realizados se circunscribieron al uso de sólo cuatro aminoácidos simples (glicina, alanina, aspartato y valina) de los veinte que componen las proteínas de los seres vivos de ahora.
Además de estos aminoácidos añadieron un catalizador consistente en sulfuro de carbonilo. La razón de la elección de este compuesto químico se debe a que forma parte de los gases expulsados por los volcanes y, se supone, que cuando la vida comenzó había una mayor actividad volcánica que ahora, así que este gas estaba muy presente entonces.
Comprobaron que esta composición lograba la formación espontánea de cadenas de aminoácidos hasta formar péptidos con entre 4 y 14 aminoácidos constituyentes. Entonces estas cadenas se arreglaron entre ellas para colocarse de forma paralela y dar lugar a estructuras amiloides en forma de láminas. Entonces, estas láminas terminaron formando fibras que contenían miles de cadenas de péptidos. Estructuras que fueron identificadas por microscopía electrónica (ver imagen de cabecera).
Estas estructuras no se forman por simple mezcla de los componentes en un tubo de ensayo, sino que el procedimiento es distinto. Los investigadores tuvieron que dejar caer lentamente aminoácidos activados por sulfuro de carbonilo en el tubo de ensayo a lo largo de varias horas. Estas condiciones remedan lo que pudo haber sucedido en los tiempos de la abiogénesis en un proceso que pudo durar incluso años en el que un flujo de compuestos químicos frescos se iban cayendo a la sopa primordial.
La propuesta de que los estructuras amiloides podrían ser buenas candidatas para la abiogénesis se debe que son capaces de realizar ciertas funciones químicas. Así por ejemplo, ya el año pasado Riek y su equipo descubrieron que estas estructuras son capaces de dividir ésteres.
Sin embargo, hay algo que todavía falta demostrar para considerar a estas estructuras buenas candidatas: su posible capacidad de replicación. Es decir, si son capaces de replicarse como lo hace el ADN o el ARN. De momento no hay experimentos que demuestren este punto.
Hace ya mucho tiempo se propuso que las primeras moléculas que dieron origen a la vida serían las de ARN, es lo que llamó “mundo de ARN”. La razón de elegir el ARN frente al ADN es que el primero presenta cierta capacidad catalítica.
No obstante, se empieza a pensar que quizás no se dio tal mundo de ARN, pues las moléculas de ARN biológicamente funcionales son muy grandes y complejas y es difícil pensar en un método que forme tales moléculas de forma espontánea. Por otro lado, las amiloides más simples poseen ciertas propiedades químicas interesantes. Además son más estables que el ARN en los ambientes duros, como los que reinaban en aquel entonces. Incluso los bloques constituyentes del ARN son más complejos que los que forman las amiloides. Por estas razones se propone a estas candidatas como precursoras de la vida desde hace un tiempo. Ya veremos si finalmente ganan la carrera.
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