origen de las moleculas prebioticas

7/23/2019 Origen de Las Moleculas Prebioticas

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ORIGEN

PREBIÓT

. A NTECEDENTES

. HECHOS QUE SOPORTAN E

. ORIGEN E TRATERRESTRE

. MACROMOLÉCULAS

ANTECEDENTES:

Hay dos condiciones quereproducirse y la de interacmanteni iento como "ser misma existencia.

Si nos remontamos en el tique en la tierra primitivamanejan muchos científic

roca primitiva bañada pocargadas de lluvia y electtormentas con rayos y cent

De acuerdo con ideas prop por Haldane en Inglaterra,nitrógeno, hidrógeno, meta

Podemos, entonces, pensar en condiciones de altas tese pudo combinar con hid

produjeron moléculas de áse disolvieron en el agua a

1

E LAS MOLÉCU

ICASCARLOS CORRED

MODELO

subyacen el concepto de "ser vivo". Lacionar con su medio para obtener la energíaivo" y para llevar a cabo todas las funcione

empo, hace unos 3.500 millones de años, pno había aún ningún ser vivo. El modelos nos presenta una corteza bastante calien

mares en continua ebullición y en equilricidad estática que se descargaban en for llas. (Fig 1)

uestas en la década de los años 1930 por Oa atmósfera inicial de la tierra era reduc orao y anhídrido carbónico.

que si esos gases se encontraban en la atm peraturas combinadas con descargas eléctr ógeno para dar NH3 ientras que a partir

cido cianhídrico y otros ácidos orgánicos sin recalentada. A medida que descendió la te

Figura 1 :

Representaciónartística de la

corteza terrestre

primitiva

AS

R, Ph.D.*

e ser capaz deecesaria para suinherentes a su

demos asegurar que actualmentee compuesta de

ibrio con nubesa de violentas

arin en Rusia yy contenía agua,

ósfera primitiva,cas el nitrógenode CO2 y N2 se

ples que luegomperatura, poco



2

a poco se fueron formando al azar otras sustancias necesarias para la eventual formaciónde las primeras moléculas capaces de autoreproducción: formato, aspartato, lactato,glicina, ribosa, adenina y glucosa.

¿Por qué se pueden formar estas moléculas? Tanto el carbono como el nitrógeno y el

oxígeno son fundamentalmente tetraedros que de alguna manera buscan asumir esageometría de manera tal que tendrán la mayor estabilidad cuando en los cuatro vérticesdel tetrahedro se encuentren dos electrones con espín opuesto. Cualquier otra estructuraserá menos estable y susceptible de reaccionar con otros átomos si se dan lascondiciones energéticas necesarias.

El modelo de N2 (Fig 2) nos permitevisualizar dos tetraedros unidos por unade sus caras en la que en cada uno delos vértices se encuentran doselectrones provenientes de los dos

átomos. El cuarto vértice, truncado enlos dos tetraedros, está ocupado por doselectrones apareados pero nocompartidos.

A su vez, el modelo de CO2 nos permitevisualizar el tetraedro del carbono unido

por dos de sus aristas a sendostetraedros de carbono. En los vértices

de cada arista se encontrarán dos

electrones con espín contrario provenientes de cada uno de los átomos que contribuyena la arista.

En los dos vértices truncados remanentes de cada uno de los oxígenos se encontrarándos electrones apareados pero no compartidos. Estas estructuras, aunque muy estables,

permiten visualizar que si se extreman las condiciones de movimiento de los Electronescompartidos por absorción de calor se puedan desprender momentáneamente caras oaristas comprartidas quedando Electrones no apareados disponibles para la formación deenlaces sigma en los que tan sólo se comparten los vértices de un tetraedro o, aún, parala formación de moléculas nuevas en las que se cambian los átomos que comparten unacara de los tetraedros.

Figura 3

CH H-C N CH -COOH

Figura 2: El modelo N2



Este tipo de visión permiteO=C=O puedan recombinaHOOC-CH2-CH-(NH2)-C

Hechos que soportan

La construcción de cualquexistan hechos que lo jullegarán a constituir los semodelo descrito podría ser

Una forma de suponer cobservar el tipo de atmósf entre los cuales, además dede Saturno. La atmósfera afundamentalmente compuespacio y su cercanía al sode un proceso que conduzcompuesta en un 94% decianhídrico. La temperatuesencialmente como aguaátomos de H.

Accetileno cido Cian

3

entender que ante una descarga eléctrica furse para en presencia de H-H dar H-Cº N, COH o adenina.

Adenina A

Figura 4

l modelo

ier modelo ue explique un fenómeno natutifiquen. En el caso de las moléculas ques vivos, hay varias líneas de evidencia que

plausible.

ál era la composición de la atmósfera prira que hoy tienen planetas rocosos de nuesla tierra, se encuentran Venus y Titán, la de

ctual de Venus no parece compatible con lasta de ácido sulfúrico y algo de agua quel la hacen demasiado caliente para que espa a un ser vivo. Por el otro lado, Titán tie2 y contiene Metano, H2, etano, propano, a

a atmosférica es de 95°K a la que el metya que es un tetraedro en cuyos vértice

ídrico Etano r

Figura 5

erte el Nº N y el

4, CH3-COOH,

partato

ral requiere queeventualmente

sugieren que el

mitiva es la dero sistema solar

cimotercera lunaida, ya que estáse pierde en elrar la iniciacióne una atmósferacetileno y ácidono se comportas se encuentran

pano



4

A pesar de que no se pueden establecer como en el agua enlaces de hidrógeno, a estatemperatura las moléculas del CH4 se pueden aproximar unas a otras de la mismamanera que lo hacen las moléculas de agua y podría darse la posibilidad de que otrasmoléculas se intercalaran entre ellas a manera de una solución. Sea como sea, loimportante es que se encuentra no sólo CH4, sino moléculas más grandes de la mismaserie, CH3-CH3, CH3-CH2-CH3 y moléculas insaturadas como acetileno. De especialinterés para nosotros es que se encuentre también HCN, ya que a partir de estamolécula, CO2 y H2 se puede obtener en forma muy sencilla el aminoácido más simple:glicina.

Formula Representación (Bolas y palos)

Figura 6

El experimento de Miller.

En 1953, Stanley Miller, un joven estudiante de pos-grado, llevó a cabo una serie deexperimentos en el laboratorio de H.C. Urey, que fueron publicados ese año en Science.

Miller y Urey presumieron, de acuerdo con Oparin y Haldane, que la atmósfera terrestre primitiva estaba compuesta principalmente de NH3 , H2O, CH4 y H2.

Miller construyó un aparato de vidrio constituido esencialmente por un balón al queintrodujo los gases que presumiblemente existieron en esa atmósfera primitiva (Figura7). Este balón estaba conectado a través de dos tubos de vidrio, uno a la parte superior yotro a la inferior, de otro balón parcialmente lleno de agua y con llaves que permitíantomar muestras del agua. Una vez introducidos el NH3, H2O, CH4 y H2 al primer balón,

produjo descargas eléctricas en esta atmósfera para similar las condiciones iniciales. Alcabo de una semana, tomó muestras del agua y encontró en cierta abundancia glicina yalanina, los dos aminoácidos más simples y ácido a- amino butírico. En menor cantidad

encontró a- amino isobutírico, valina, norvalina, isovalina, ácido aspártico, sarcosina,ácido glutámico, prolina, ácido pipecólico, b- alanina y ácido g- amino butírico. Lamayor parte de estos compuestos son aminoácidos que hacen parte de proteínas.



5

Figura 8. Moléculas recuperadas en el experimento de Miller

Figura 7 - Representación del experimiento de Miller



A este experimento sigucondiciones iniciales y lasy logró aislar prácticament

Wilhem Groth y H. Vonaminoácidos. Pero quizás eOró, quien en 1961 añadiómezcla de aminoácidos, s

básica formaldehido y enMariner y Carl Sagan añaultravioleta consiguieron ldel C-1 de la ribosa para dfosfórico en la mezcla, ¡obOrgel encontraron que un

través de una mezcla de C pirimidinas citosina y uraci

Posteriormente se ha demsiguientes:

GLUCOSA

6

ieron muchos otros en los que se fuer fuentes de energía. Abelson hizo mezclas die todos los aminoácidos que se encuentran

eyssenhoff utilizaron luz ultravioleta y tal avance más importante lo hizo el bioquímiácido cianhídrico y amoníaco al agua y obno adenina en abundancia. Más tarde añaontró ribosa y desoxyrribosa. Cyril Ponnieron adenina a una solución de ibosa y enformación de un enlace covalente entre lar adenosina. Lo más sorprendente es que si

tenían el nucleótido comp eto! En 1968, Sade los productos importantes de una des

4 y N2 es el cianoacetileno que fácilmente selo.

strado que las rutas de síntesis de estas m

DESOXIRIBOSA IBOS

Figura 9

n variando laserentes de gasesen las proteínas.

bién obtuvieronco español, Juanuvo no sólo unaió a su mezclamperuma, Ruth

presencia de luzadenina y el OHhabía ácido ortochez, Kimble yarga eléctrica a

convierte en las

oléculas son las



7

Figura No 10

Ponamperuma ha calculado que el mar primordial podría haber llegado a acumular através de este tipo de reacciones suficientes compuestos orgánicos para que ellos dierancuenta de algo así como el 1% de su composición. Esto es más de 1000 millardos (Giga

toneladas) de toneladas de compuestos disponibles para formar las macromoléculas deque están compuestos los seres vivos!

Un problema serio que se presenta cuando se evalúan todos estos experimentos es quealgunos científicos piensan que la atmósfera primitiva no era tan reductora como losupusieron Urey y Miller. A pesar de que otros tales como Orgel creen que no tenemossuficientes elementos de juicio para decidir el tipo de atmósfera que tuvo la tierrainicialmente, la posibilidad de una atmósfera menos reductora ha llevado a que se

propongan otras hipótesis para la producción de las sustancias prebióticas. Por ejemplo,Wächterhäuser propuso que las moléculas prebióticas se originaron en fracturas

submarinas de la corteza terrestre por las que sale agua supercalentada rica en metalesde transición y H2S. En tales condiciones se llevaría a cabo la reacción:

La energía producida (Delta) sería utilizada para reducir CO y CO2 presente en soluciónen el agua marina a moléculas orgánicas.

Origen extraterrestre

Las hipótesis anteriores parten del principio de que las moléculas de las queeventualmente surgieron los seres vivos se formaron directamente en el ambiente de latierra primitiva. Sin embargo, el experimento de Miller demostró que para que estasmoléculas se formen sólo se necesita que existan los precursores en forma gaseosa y queexista una fuente de energía adecuada. Y estas condiciones existen en muchas partes delespacio.

Según François Robert, en el espacio se formaron y forman continuamente moléculas

orgánicas. Se ha detectado la presencia de HCN en la gran nebulosa de Orión y en otras



regiones del espacio. Perode meteoritos.

Ponamperuma analizó c

Australia, y encontró en élde Miller. (cf. Tabla) Lo m

Sin embargo, los aminoáciextraterrestre, pero al miencuentran en la tierra son

Sin embargo, John Croni pesar de ser una mezcla raahora se han encontrado mocho hacen parte de las pro

AMINOACIDOS OBTEECONTRADOS EN EL M

AMINOACIDO

Glicina

Alanina

Acido a-aminobutírico

Acido a-aminoisobutírico

Valina

Norvalina

Isovalina

8

uizás las evidencias más convincentes provi

Fig 11. Meteoritos

idadosa-mente el meteorito que cayó

aminoácidos parecidos a los encontrados esmo ocurrió cuando se analizó el meteorito

os encontrados eran racémicos, lo que demsmo tiempo sugerían la pregunta de por

-.

demostró que por alguna razón en muchcémica, predominan los aminoácidos L- soás de 70 diferentes aminoácidos en meteoritteínas de los actuales seres vivos.

IDOS EN EL EXPERIMENTO DETEORITO DE MURCHINSON

METEORITO DEMURCHINSON

DESELE

**** ***

**** ***

*** ***

**** **

*** **

*** ***

** **

enen del análisis

n Murchinson,

el experimentoe Orgueil.

straba su origenqué los que se

os meteoritos, are los D- Hasta

os, de los cuales

MILLER Y

CARGACTRICA



9

Prolina *** *

Acido pipecólico *

Acido Aspártico *** ***

Acido Glutámico *** **

b-alanina ** **

Acido b-aminobutírico * *

Acido b-aminoisobutírico * *

Acido g-aminobutírico * **

Sarcosina ** ***

N-etilglicina ** ***

N-metilalanina ** **

Un experimento que se llevó a cabo en la Universidad de Missouri en los años sesenta

mostró que si se pasaba luz UV circularmente polarizada a través de la atmósferautilizada por Miller se encontraban predominantemente aminoácidos L- o D-,dependiendo de la dirección de polarización de la luz. En este sentido es interesante elque en la misma nebulosa de Orión donde se encontró ácido cianhídrico se hayademostrado últimamente una fuente muy potente de luz UV polarizada.

La existencia de fuentes espaciales de luz UV polarizada podría explicar la mayor proporción de aminoácidos L- encontrada en meteoritos.

En cuanto a que los aminoácidos que se encuentran en las proteínas actuales en la tierrasean de tipo L- se podría explicar no sólo por el origen cósmico sino también por la

interacción de la luz UV con el campo magnético de la tierra en esas épocas en que nohabía capa de ozono que disminuyera la intensidad de la radiación que alcanzaba laatmósfera primitiva. Esta interacción causaría polarización si el componente magnéticoo el eléctrico la onda se retrasara por la interacción con el campo de la tierra.

Pero es posible que las moléculas no se hubieran originado en forma independiente sinoque se hubieran concentrado en algo parecido a lodos.

Epstein sugirió que en el espacio se forma un polímero orgánico constituido por moléculas aromáticas cíclicas y cadenas carbonadas unidas a H, S, N y O que podría ser similar al "querógeno" que se encuentra en sedimentos provenientes de la maduración

de materia orgánica en el fondo del mar. Este querógeno se hidroliza fácilmente aaminoácidos.



Carl Sagan y Bishum K partículas cargadas para obde lodo a la que llamaron

aminoácidos, bases nuclmoléculas orgánicas.

Figura 13

Desde 1990 Christopher extraterrestre, propuso quecolisión con cometas, maminoácidos y otras molécque en los Cometas Halquerógeno, etano y metano

Los hechos y experimentoy nucleótidos, amén de oausencia de seres vivos sieuna fuente de energía. Es

pudieron darse en las etapa posible suponer que en lendógenamente, sino que

prebióticas aquellas que ca

10

Figura 12

are simularon la atmósfera de Titán y ltener una materia orgánica amorfa y oscuraholin. Este tholin, al ponerse en contacto co

otídicas, hidrocarburos aromáticos polic

Figura 14

Chyba, del Instituto para la Búsquedael agua y los gases de la atmósfera terrestreeteoritos, etc. que no sólo trajeron aguulas orgánicas. Evidencia de que esto pudoley, Hale- opp y Hijakutake se detectó

anteriores nos muestran que es posible for tros ácidos orgánicos, glucosa, ribosa y o pre y cuando se den gases como N2, CH4 C

tos gases se encuentran en muchos partess iniciales de la formación de la tierra. Por ca tierra primitiva no sólo se produjerontambién contribuyeron a la masa disponiberon a la tierra provenientes del espacio ext

irradiaron concon consistencian el agua, libera

íclicos y otras

de Inteligencia provienen de la

y gases sinoaber sido así es

la presencia de

ar aminoácidosros azúcares enO2 y H2 y existadel universo y

nsiguiente, seríaestas moléculasle de moléculasrior.



Macromoléculas

Las moléculas que hemosque definimos como neccapacidad de autoreprod

"autoreproducción indepenLas moléculas que hemosron a través de reaccionesformadas, no se produceconsiguiente, podemos afiaumento dependerá solamformarlas y suficiente tiemformando. Este proceso, palgo adicional: una molécmisma.

¿Qué condiciones tendríacapaz de servir de moldede copias de sí misma?común: la reproducción de

primero elabora la estatucubre de yeso de maner características de la estaforma complementaria en efraguado, se corta en dos

estatuilla y luego se puedeun orificio a través del cutipo de sustancia, tal cofraguar será una copia idéesculpió el escultor. Estecientos de veces, hasta cuaalguna manera y no se puea partir de un solo molde, s

Consideremos, ahora, ¿quSerá obvio que la réplicacomplementaria y no igualexacta, pero al revés, dreproducción habrá una deuna prominencia.

El proceso que hemovenido describiendo es unde reproducción de umolde, pero no es u

proceso de autoreplicacióEn efecto, la estatuilla no s

11

venido discutiendo no tienen ninguna de lsarias para que exista un ser vivo, siendcción independiente. Pero, ¿Qué quere

diente"?enido considerando, a pesar de su complejid

simples a partir de sustancias s mples. Sin en más de ellas a partir de las primerasmar que estas moléculas no se pueden autente de que tengamos suficientes moléculo para que en las condiciones primordiales

r sí sólo, no puede resultar nunca en un ser la que sirva de molde para hacer más molé

que tener una molécula para hacer un sinnúmero

onsideremos un procesouna estatuilla. El escultor lla en arcilla. Luego laa que cada una de lasuilla es reproducida enl yeso. Cuando el yeso hamitades, se separa de la

unir las mitades dejandoal se puede añadir algúno la marmolina, que al

ntica de la estatuilla que proceso se puede repetir ndo el molde se afecte deda continuar el proceso. Lo importante es qe obtienen cientos de réplicas de la estatuilla.

permite que a partir de un molde obtengaerá en todo complementaria al molde. Nót

. En efecto, cada parte de la reproducción del molde. Si en el molde hay una prot

presión; si un bajorelieve, un altorelieve; si

s

.e

Figu

Figura 17

s característicaso la primera lamos decir por

ad, se ensambla- bargo, una vezformadas. Por

reproducir y suas simples parase puedan seguir ivo. Se necesitaulas iguales a sí

e en esta forma,

os una réplica?se que decimos

be ser una copia berancia, en launa concavidad,

a 16



reprodujo a sí misma. Dehicieran reproducciones d

puede darnos eventualmetengamos una estatuilla A,complementaria a la primeserán a su vez estatuillamolde para formar otrasindefinidamente mientras e

molécula de manera que luna la imagen especular dátomos de la molécula comolécula que esté sirviendla dupleta de moléculasmente siempre y cuandohaciendo las moléculas co

Julius Rebek ha venido tr autoreproducirse en un meun proceso bicíclico: en elde otra, mientras que en e

para el ensamblaje de otr posibilidad es que dos molder Waals, London o aúncomplementarias.

En otra pa te de A se encotra parte de B se encont

Figura

12

hecho, sirvió de molde para que a travésla primera estatuilla. Este proceso, por s

te seres vivos. Será necesario un nuevode la cual hagamos un molde que sea, a su vra, estatuilla B. En esta caso tanto la estatui

molde y serán, cada una por aparte, capaestatuilla A y B en un proceso que sexistan los materiales para proseguir la replic

Como es de esperar ser una situaciónreplicación no semacroscópico, perose dé a nivel mole

lo que necesitareserá una moléculacampo electromagnta ente complem

una tenga una perfecta correspondencia cola otra. Una característica adicional neces

plementaria de alguna manera se logren ende molde. De esta manera, la molécula aut

omplementarias que se podrían autoreprose encontraran los elementos o grupos ne plementarias.

bajando en el problema de sintetizar molédio acuoso. Para él, el proceso de autorepli

primer ciclo una molécula sirve de molde pal segundo ciclo la molécula recién formada

exactamente igual a la primera y así sucéculas, A y B, formen un complejo unido pnlaces de hidrógeno a través de dos superfi

ntrará la superficie complementaria de B,ará la parte com lementaria de A. Sobre

18

Figura 19

e otro molde sei sólo, tampoco

elemento: quez, otra estatuilla

lla A como la Bces de servir de podrá continuar ción.

, ésta que podríaideal de auto-a en el mundoes posible que

ular. En efecto,

os en ese casouya topología y

ético sea perfec-entaria a otra

la otra, siendoria será que los

samblar sobre lareplicativa seríaucir indefinida-cesarios para ir

ulas capaces deación puede ser ra el ensamblajesirve de molde

sivamente. Otrar fuerzas de vanies mutuamente

mientras que encada una de las



superficies libres de A y Bcomplejo A- , tendrán unEste ciclo se puede repetir los dos casos tendremos ve

adenina-ribosa-bifenil- midadenina, ribosa, bifenilo ede ARBI iba aumentando d

ste tipo de curva sugireacción autocatalítica. Enal comienzo, ARBI se een muy pequeña concen

pero a medida que los fra

adenina, ribosa, bifenilose ensamblan sobre las mde ARBI, ás y más Aformará aumentando la coción en un tiempo más cor cuando los fragmentos se a

Rebek ha llevado a cabexperimentos sobre los cuque, dadas las condiciones,

es una buena base para premoléculas capaces de autocomo hoy la conocemos en

Figura 20

13

se pueden ensamblar moléculas B y A quea gran probabilidad de unirse para dar otr indefinidamente de ma era autocatalítica.dadera autoreplicación.

Rebek utilizó el seartiendo de adenina yudieron formar espont

atmósfera primitiva, e posi le que la

erfectamente complemida proveniente del tri

nió a través de un "br la adenina- ibosa con la

a (ARBI) y la introdujo en una solucióimida. Después de un tiempo encontró quee acuerdo con una curva sigmoide.

re unaefecto,

cuentratración,mentos

imidaléculasBI se

centra-o hasta

goten.

o otrosales volveremos más tarde. Pero éste en p pueden existir moléculas capaces de autore

guntarnos qué características tuvieron que teproducción que dieron inicio al largo camla tierra. Retomaremos el tema posteriorme

______________________

Figura 21

al separarse delcomplejo A-B.

n cualquiera de

undo enfoque.ribosa, que se

neamente en lacontró que eradenina fueraentaria a unaácido de Kemp.azo" de bifenilo

imida para dar

n que conteníala concentración

rticular muestraroducción. Esta

ner las primerasno hacia la vidate.



14

PARA MAYOR INFORMACION

Danchin A "El origen de la Vida" Mundo Científico 1988 Oct; No. 88: 934-942

Robert F "Las primeras moléculas orgánicas" 1990 Jun No.103: 640-651

Orgel LE "The origin of Life on the Earth" Sci Am 1994; 271 (Oct): 52-61

Orgel LE "The origin of Life – A review of facts and speculations" TIBS 1998; 23(Dic.): 491-495

Rebek J "Synthetic Self-replicating molecules" Sci Am 1994; 271 (Jul):34-40

* Carlos Corredor. Ph.D. Ha sido Decano y Profesor Titular de la Pontificia UniversidadJaveriana, Vicerrector de Investigaciones, Jefe de Departamento de Ciencias Fisiológicas,Director Universitario de Bienestar Profesoral y Director de estudios de posgrado en CienciasBásicas Médicas de la Universidad del Valle y Teaching Assistant de la University of Missouri. Ha sido miembro de la Asociación Colombiana de Ciencias Biológicas, Academia deMedicina del Valle del Cauca, Academia Nacional de Medicina, Academia Colombiana deCiencias Exactas, Físicas y Naturales, Real Academia de Ciencias de Madrid, SociedadEspañola de Bioquímica, Sociedad Colombiana de Alergia e Inmunología, PanamericanAssociation of Biochemical Societies (Presidente) y Asociación Colombiana para el Avance dela Ciencia ACAC. Director de tesis de Pregrado, Maestría y Doctorado, autor de 72 publicaciones científicas en revistas nacionales e internacionales y 33 artículos y estudios sobre política universitaria y científica en Colombia

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