Uno de los principales problemas científicos en los que están trabajando científicos de todo el mundo es el origen de la vida en la Tierra. Durante las últimas décadas, se han logrado muchos éxitos en esta área, por ejemplo, se ha desarrollado el concepto del mundo del ARN. Sin embargo, todavía se desconoce cómo surgieron exactamente las moléculas que sirvieron como los primeros "bloques de construcción" de la vida. La revista Science publicó un artículo que responde quizás a la pregunta más importante: ¿de dónde vienen los nucleótidos que componen el ARN? "Lenta.ru" revela los detalles del estudio y habla de su significado.
Según los conceptos científicos modernos, la vida se originó a partir de compuestos orgánicos que reaccionaron entre sí para crear moléculas clave: nucleósidos. Se sabe que el nucleósido está formado por el azúcar ribosa o desoxirribosa y una de las cinco bases nitrogenadas: adenina, guanina, timina, citosina o uracilo. Los nucleósidos son precursores de los nucleótidos, de los cuales, a su vez, están compuestos el ADN y el ARN. Para que un nucleósido se convierta en un nucleótido, se requiere un componente adicional: los residuos de ácido fosfórico.
¿Por qué los nucleósidos pasan a primer plano? Esta pregunta es respondida por un concepto científico conocido como la hipótesis del mundo del ARN, que cree que fue el ARN el que estuvo en los orígenes de la vida. Las moléculas de ácidos ribonucleicos fueron las primeras en llevar a cabo la catálisis de reacciones químicas en la sopa primaria, aprendieron a copiarse a sí mismas y entre sí y, lo más importante, a portar información hereditaria. Estos ARN se denominan ribozimas. Si alguna molécula de ARN tenía la capacidad de sintetizar sus propias copias, esta propiedad se transmitía de generación en generación. A veces, la copia iba acompañada de errores, como resultado de los cuales los nuevos ARN adquirían mutaciones.
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Las mutaciones podrían dañar seriamente las propiedades catalíticas de las moléculas, pero también podrían alterar el ARN, dándole nuevas habilidades. Por ejemplo, los científicos han descubierto que algunas mutaciones aceleran el proceso de autocopia, y las ribozimas alteradas después de un tiempo comienzan a dominar las "normales". Los biólogos moleculares dirigidos por Brian Pegel del Instituto de Investigación Scripps en California han observado cómo la actividad enzimática de las ribozimas en el transcurso de tres días de evolución en un laboratorio aumentó 90 veces. Por lo tanto, incluso si las ribozimas inicialmente no fueran muy activas, la evolución molecular podría convertirlas en máquinas catalíticas ideales.
Sin embargo, la hipótesis del mundo del ARN se enfrenta a una serie de dificultades. Por ejemplo, no se sabe cómo podría ocurrir la síntesis abiogénica, es decir, sin la participación de organismos vivos, de las primeras ribozimas. Si bien se han encontrado muchos argumentos a favor del mundo del ARN, la pregunta clave, cómo surgió, sigue siendo un obstáculo.
Algunos científicos sugieren que los compuestos químicos a partir de los cuales se formaron los nucleósidos no pudieron surgir en condiciones terrestres, sino que fueron traídos al planeta desde el espacio. Sin embargo, vale la pena señalar que el problema está asociado con los nucleósidos de purina: adenosina y guanosina, que contienen adenina y guanina, respectivamente. Para las moléculas de pirimidina que contienen citosina, timina o uracilo, se conocen vías de síntesis que bien podrían existir en el origen de la vida. Las reacciones químicas de tipo dominó conducen a la formación de grandes cantidades de las pirimidinas necesarias.
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Los científicos han propuesto una posible vía para la formación de nucleósidos de purina, pero puede conducir a la aparición de muchos otros compuestos, entre los cuales los nucleósidos requeridos serían solo una pequeña fracción. Simplemente cepillar las purinas no funcionará, ya que no solo son componentes integrales del ARN y el ADN, sino que también forman trifosfato de adenosina (ATP), que participa en el metabolismo de la energía y las sustancias en el cuerpo, y el trifosfato de guanosina, que sirve como fuente de energía para la síntesis de proteínas.
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Una forma sencilla de formar un nucleósido como la adenosina es combinar la adenina con la ribosa en presencia de NH4OH. La ribosa se adhiere a uno de los átomos de nitrógeno de la adenina, solo tiene varios de ellos, y solo el nitrógeno en la novena posición debería participar en la síntesis de adenosina. Además, resulta que este átomo de nitrógeno no es muy reactivo. Esto significa que si la hipótesis del mundo del ARN es correcta (lo que es más que probable), debe haber alguna otra forma de sintetizar adenosina y guanosina en el caldo primario.
En un nuevo estudio, los científicos han propuesto una vía diferente para la síntesis de nucleósidos de purina que resuelve el problema y fortalece la posición del concepto del mundo del ARN. Todo comienza con moléculas de aminopirimidina, que se forman fácilmente a partir de un compuesto tan simple como NH4CN. Esto sucede a través de la formación de guanidina, que luego reacciona con el aminomalonitrilo, dando como resultado la formación de una molécula de tetraaminopirimidina. Se oxida fácilmente en un ambiente que contiene oxígeno, pero permanece estable en la atmósfera libre de oxígeno que era característica de la Tierra antes del nacimiento de la vida. Además de la tetraaminopirimidina, se pueden formar otras moléculas similares: triaminopirimidinona y triaminopirimidina. Todos estos compuestos son fácilmente solubles en agua.
Lo más importante es que para las tres aminopirimidinas, solo un cierto átomo de nitrógeno es reactivo, y esto resuelve el problema de participación en la reacción de otros átomos, que es característico de la adenina. El ambiente acidificado lleva al hecho de que los átomos de nitrógeno en el anillo unen protones y bloquean todos los grupos amino externos, excepto uno ubicado en la quinta posición. Cuando se calienta una mezcla de aminopirimidinas y ácido fórmico, solo se forma un compuesto posible: la formamidopirimidina. El rendimiento de la reacción es del 70 al 90 por ciento.
La formamidopirimidina, a pesar de su similitud con las purinas, carece de sus desventajas. Resultó que el átomo de nitrógeno en la novena posición es el más reactivo, y la reacción con la ribosa en un medio alcalino siempre conduce al mismo resultado: la síntesis de esqueletos de carbono para nucleósidos de purina. Curiosamente, la formamidopirimidina participa activamente en la formación de ribosa a partir de glicolaldehído y gliceraldehído, lo que facilita la síntesis de nucleósidos en un entorno de amoníaco. En general, los científicos han logrado descubrir una vía para la formación de precursores de nucleótidos a partir de los derivados de amoníaco más simples. Estos derivados se encontraron recientemente en el cometa Churyumov-Gerasimenko, lo que confirma el punto de vista sobre la participación activa de los cometas en el suministro de la Tierra con todo lo necesario para el surgimiento de la vida.
Sin embargo, la evolución química plantea muchas más preguntas y responderlas requerirá los esfuerzos de investigadores de todo el mundo. Una imagen completa de la abiogénesis debería describir no solo la aparición de nucleótidos y otras moléculas orgánicas sin la participación de organismos vivos, sino también su interacción en las condiciones de la Tierra primitiva, la interacción que condujo a la formación de las primeras células.
Alexander Enikeev
