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20.5: Orígenes de la química de la vida en un mundo de ARN

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    En el escenario de charco de mareas, con su sensación de “mejor ajuste” con orígenes de vida en un ambiente reductor, la energía para la formación de polímeros a partir de monómeros orgánicos provino de un ambiente terrestre sobrecalentado. En ese escenario, se consideró la posibilidad de que las cadenas de nucleótidos pudieran haber sido sintetizadas, y luego incluso replicadas para formar poblaciones de ácidos nucleicos. Pero si el ambiente prebiótico no era reductor, ¿de dónde habría venido la energía para hacer polímeros, y mucho menos los que pudieran replicarse? Si adivinaras que la energía la proporcionaba un gradiente de protones entre proto-células ácidas encerradas por biopelículas y un océano alcalino... ¡habrías tenido razón! En este caso, entonces los polímeros se habrían sintetizado en espacios cerrados, y no en charcos de marea solo para ser dispersados y diluidos en los océanos más amplios. Y entonces, ¿cómo habrían surgido las químicas replicativas, informativas y catalíticas a partir de estos monómeros y polímeros orgánicos? Los polipéptidos se habrían formado, pero no tienen una base química o estructural inherente para la autorreplicación. A diferencia de los polipéptidos, ¡vimos al describir el escenario del charco de mareas que los polinucleótidos (ácidos nucleicos) hacen! De hecho, la evidencia se está acumulando para apoyar la hipótesis cada vez más aceptada de que la vida se originó en un mundo de ARN:

    • Los ARN actuales incluyen ribozimas que catalizan su propia replicación (por ejemplo, intrones autoempalmantes).
    • Algunos ARN son parte de ribonucleoproteínas con al menos actividad co-catalítica (ribosomas de recuerdo, spliceosomas y la partícula de reconocimiento de señal secretora).
    • Los retrovirus (por ejemplo, el VIH) almacenan su información genética en genomas de ARN que pueden haber sido parte integral de la emergencia de la vida celular.

    Las ribozimas, las estructuras ribonucleoproteicas y los retrovirus pueden ser legados de un mundo de ARN prebiótico. De hecho, en un “estudio de evolución in vitro”, las ribozimas polimerasas autorreplicantes en un tubo de ensayo se vuelven más eficientes para replicar una variedad de ARN cada vez más largos y complejos con el tiempo. Para obtener más información sobre estos autocatalizadores, haga clic en Evolución de la ribozima artificial Apoya el mundo del ARN temprano

    Existen escenarios hipotéticos del mundo del ARN para los orígenes de la replicación, polímeros catalíticos e incluso un verdadero autocatalizador químico orgánico que puede catalizar su propia síntesis. Entonces, ¿cuál pudo haber llegado primero? ¿Un ARN autorreplicante o alguna otra molécula autorreplicante, incluso una molécula orgánica autorreplicante? Podría decirse que la evolución química de un ARN autocatalítico es un tramo, pero al menos una molécula orgánica, A mino-A denosina T riácido- E ster (AATE), es un autocatalizador autorreplicante actual. ¿Podría una molécula orgánica como AATE haber sido un preludio prebiótico del mundo del ARN? A continuación se describe la estructura y replicación de AATE.

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    La reacción replicativa procede en las siguientes etapas:

    • El éster triácido de aminoadenosina se une a otra molécula de aminoadenosina.
    • Las dos aminoadenosinas, ahora en orientaciones opuestas, pueden atraer y unir un segundo éster.
    • Después de los reordenamientos de enlaces, la molécula se separa en dos moléculas de AATE.

    Esta reacción es catalítica porque la estereoquímica de las moléculas reaccionantes crea una afinidad de la molécula de éster de aminoadenosina primero por una molécula de aminoadenosina libre adicional, y luego por un segundo éster libre. La estructura formada permite (es decir, cataliza) el enlace de la segunda aminoadenosina y éster seguido de la separación de ambas moléculas de AATE. Los cambios sutiles y secuenciales en la conformación molecular de las moléculas resultan en los cambios en las afinidades de las moléculas entre sí. En la reacción replicativa, las concentraciones de AATE, éster libre y aminoadenosina libre impulsarían la reacción. ¿Podrían las moléculas similares a AATE haber sido progenitoras de la replicación autocatalizada de polímeros? ¿Podría la replicación de una molécula prebiótica AATE haber llevado a un mundo de ARN? ¿Podrían haberse estabilizado los ARN primitivos uniéndose a péptidos prebióticos cortos, convirtiéndose en precursores de las ribozimas? La posibilidad de una molécula prebiótica similar a AATE es intrigante porque el 'triácido' incluye una base nucleotídica, ¡la adenosina purina! Por otro lado, ¡la posibilidad de replicar complejos de ARN-péptido prebióticos implica los orígenes de la vida en un mundo ARN-proteína (más que exclusivamente ARN-mundo)! Ya sea que la vida comenzó en un mundo de ARN o en un mundo de proteínas de ARN, la replicación catalizada es, por supuesto, otra propiedad de la vida.

    353 AATE: Una Molécula Orgánica Autocatalítica, Auto-Replicante


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