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Toda la vida en la Tierra está compuesta por los mismos 20 aminoácidos. Los científicos ahora piensan que saben por qué.

  Artículo publicado originalmente en Universe Today - Autor: Matt Williams - 2 de Agosto de 2019


La pregunta de cómo surgió la vida en la Tierra es algo que los humanos se han estado preguntando desde tiempos inmemoriales.

Si bien los científicos están relativamente seguros de cuándo sucedió, no ha habido una respuesta definitiva sobre por qué sucedió. ¿Cómo se unieron los aminoácidos, los componentes químicos de la vida, hace aproximadamente cuatro mil millones de años para crear las primeras moléculas de proteínas?
Si bien esa pregunta aún no tiene respuesta, los científicos están haciendo nuevos descubrimientos que podrían ayudar a reducirla. Por ejemplo, un equipo de investigadores del Centro de Evolución Química (CCT por sus siglas en Inglés) del Instituto de Tecnología de Georgia realizó recientemente un estudio que mostró cómo algunos de los primeros predecesores de la molécula de proteína pueden haberse unido espontáneamente para formar una cadena.
El estudio apareció recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. El estudio fue dirigido por el Dr. Moran Frenkel-Pinter de Georgia Tech e incluyó a varios investigadores del CCT, que cuenta con el apoyo de la NASA y la National Science Foundation (NSF), con la asistencia del Dr. Luke Leman y el profesor asistente de química en Scripps Research, un instituto de investigación médica sin fines de lucro.


El Eón Hádico de la Tierra es un misterio para nosotros, porque la evidencia geológica de esa época es escasa. Investigadores de la Universidad Nacional de Australia han utilizado pequeños granos de Circonio para tener más claridad sobre la Tierra primitiva. Crédito: NASA

Durante décadas, los científicos han tenido teorías sobre cómo los primeros aminoácidos se unieron para formar moléculas de proteínas. Desafortunadamente, todos los intentos de verificar estas teorías han fallado hasta ahora. Como explicó el Dr. Leman:
“Cómo la química condujo a una vida compleja es una de las preguntas más fascinantes sobre las que la humanidad ha reflexionado. Hay muchas teorías sobre los orígenes de las proteínas, pero no tanto apoyo experimental de laboratorio para estas ideas ".
Para su estudio, el equipo de investigación realizó un experimento donde se colocó una pequeña selección de aminoácidos (lisina, arginina e histidina) junto con tres aminoácidos competidores no biológicos. Los ácidos fueron sometidos a condiciones similares a lo que se cree que existió en la Tierra durante el Eón Hádico (hace aproximadamente 4 mil millones de años).
Consistió en poner los aminoácidos seleccionados en agua que contenía hidroxiácidos, que se sabe que facilitan las reacciones de los aminoácidos y que habrían sido comunes en la Tierra prebiótica. La mezcla se calentó luego a 85 °C , lo que aceleró el proceso de reacción y provocó la evaporación del agua. Luego se estudiaron las reacciones químicas resultantes.


Los bloques de construcción de la vida pueden haberse formado espontáneamente en la Tierra primordial. Crédito: ocean.si.edu

Para su sorpresa, los aminoácidos biológicos se formaron espontáneamente en segmentos limpios que se unieron a través de grupos amino. Estos grupos son aquellos que están hechos de nitrógeno e hidrógeno y son bastante reactivos. Sin embargo, también son parte del núcleo de aminoácidos, y otras aminas que forman cadenas laterales que se extienden desde el núcleo (que se usaron en este experimento) a menudo son más reactivas. Como dijo el Dr. Frenkel-Pinter:

“Nos sorprendió que esta química favoreciera la conexión amino encontrada en las proteínas, a pesar de que los principios químicos podrían habernos llevado a creer que se favorecería la conexión no proteica. La preferencia por el enlace similar a la proteína sobre la no proteína fue de aproximadamente siete a uno ".

Otra sorpresa fue el hecho de que los aminoácidos biológicos vencieron a los no biológicos en términos de reactividad. Los últimos ácidos, que no se encuentran en las proteínas hoy en día, tenían el potencial de reaccionar químicamente tan bien como (o mejor que) los biológicos. Y más aún, el equipo anticipó que la inclusión de estos ácidos les daría una oportunidad a los biológicos e incluso podría conducir a la creación de nuevas proteínas.

Sin embargo, las reacciones resultaron principalmente en la formación de péptidos (dos o más bloques de construcción de aminoácidos unidos) que estaban más cerca de las proteínas de hoy en día. En particular, los investigadores pensaron que los aminoácidos no biológicos superarían al aminoácido biológico conocido como lisina y que la lisina no podría formar cadenas de manera confiable.


Representación artística de la luna y la Tierra tempranas, que sufrieron muchos impactos de asteroides. Crédito: Simone Marchi (SwRI) / SSERVI / NASA

En ambos casos, se equivocaron y, en cambio, descubrieron que la lisina predominantemente entraba en las cadenas de una manera similar a lo que sucede con las proteínas en la actualidad. A partir de esto, el equipo planteó la hipótesis de que las cadenas de aminoácidos prefabricadas que son útiles en los sistemas vivos evolucionaron antes de que la vida hubiera encontrado una forma de producir proteínas.

El hecho de que su experimento demostró que los aminoácidos biológicos son preferibles a los no biológicos también puede ofrecer una nueva visión de por qué solo 20 aminoácidos entraron en la formación de la vida. Los científicos creen que hubo más de 500 ácidos naturales presentes en la Tierra durante el Eón Hadico. Como Loren Williams, profesor de bioquímica en Georgia Tech, explicó:

“Nuestra idea es que la vida comenzó con los muchos bloques de construcción que había allí y seleccionó un subconjunto de ellos, pero no sabemos cuánto se seleccionó en función de la química pura o cuánto se seleccionó por procesos biológicos. Al observar este estudio, parece que la biología de hoy puede reflejar estas reacciones químicas prebióticas tempranas más de lo que pensábamos ".

“En la Tierra prebiótica, habría habido un conjunto mucho más grande de aminoácidos. ¿Hay algo especial en estos 20 aminoácidos, o estos simplemente se congelaron en un momento debido a la evolución? ”En resumen, el experimento sugiere que los tipos de aminoácidos utilizados en las proteínas tienen más probabilidades de unirse porque reaccionan juntos de manera más eficiente y tienen pocas reacciones secundarias ineficientes.


Los primeros aminoácidos probablemente se formaron en agua con hidroxiácidos, que luego fueron sometidos a condiciones secas. Crédito: David A. Aguilar (CfA)

También otorga credibilidad adicional a la teoría de que la mayoría de los polímeros biológicos se formaron en ciclos húmedos y secos, que es algo que los investigadores del CCT han estado discutiendo durante años.

Esta teoría, que establece que las primeras proteínas se produjeron en llanuras de tierra barridas por la lluvia o rocas a la orilla del lago al sol, está en desacuerdo con la narrativa más convencional de que los componentes básicos de la vida dependen de eventos raros y cataclísmicos, así como de múltiples ingredientes para emerger. Al mostrar que era probable que fuera un proceso mucho más directo, esta investigación podría acercarnos un paso más a desbloquear este antiquísimo misterio.

También podría tener implicaciones en la búsqueda de vida más allá de la Tierra. Si los componentes básicos de la vida son naturalmente reactivos y se atraen entre sí, ¡entonces es probable que aumenten las probabilidades de que se produzcan reacciones químicas similares en otras partes del Universo!

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