Orígenes. La vida. Capítulo 6. Compartimento, metabolismo y replicación.

Hola a todos

Me ha gustado este capítulo, además creo que justifica con creces mi tendencia a pensar que los virus no son seres vivos, XD! ¡Mirad la figura 2.9 y luego me contáis! (lo sé, esto es cuestión de gustos, ya lo hemos discutido antes, pero… comparad ese esquema simplificado de solo el metabolismo intermediario de una célula con la frase “el genoma de los virus suele ser compacto y está muy optimizado: por lo general, codifica únicamente su polimerasa, las proteínas de su cápside y las necesarias para realizar funciones esenciales en el ciclo infectivo viral que no sean aportadas por la célula hospedadora”)

Pero que me guste no significa que me haya resultado fácil de leer. Creo que tiene tantas “cosicas” que muchas se me escapan, pero he pillado algunas que me han parecido joyas (me pasó lo mismo en el de química prebiótica y en el de introducción). ¿A cuáles me refiero? A esas que, aunque son simples y lógicas, jamás las había pensado antes.

La verdad es que tiene que ser difícil leer este libro sin formación química y bioquímica previa (yo solo tengo formación química y la verdad es que me cuestan algunas partes). Por ello, en este resumen me he propuesto repasar algunos conceptos que el autor ya introdujo en el primer capítulo (pero tal y como se pueden explicar en los primeros cursos de la E.S.O.) y también he echado mano del resumen que él publicó en un blog del CSIC http://blogs.20minutos.es/ciencia-para-llevar-csic/2015/12/09/el-origen-de-la-vida-cuando-la-quimica-se-convirtio-en-biologia/

Veamos como me sale el experimento. Y si cometo errores decírmelo, que los alumnos no se merecen que les explique mal las cosas. Si no lo veis necesario, podéis pasar directamente al resumen del capítulo.

Resumen introductorio

Una célula actual tiene muchas cosas, pero son partes esenciales y destacables la membrana (formada por lípidos y proteínas), material genético (ácidos nucleicos) y el citoplasma (medio interno líquido de la célula donde “flotan” distintas sustancias químicas y orgánulos membranosos y no membranosos.

En las eucariotas el material genético es ADN y está dentro del núcleo. El ADN es copiado por ARN en el núcleo, ese ARN (mensajero) saca la información del núcleo para la fabricación de las proteínas. Una vez fuera “trabaja” de forma coordinada con otros ARN (el transferente, que porta los aminoácidos que darán lugar a la proteína, y el ribosómico, que coordina y fundamenta la actuación de todo en el ribosoma, el ribosoma es la entidad donde se sintetizan las proteínas).

Las proteínas son fundamentales porque muchísimas de ellas son las que controlan las reacciones metabólicas (las reacciones en un ser vivo). Muchísimas de ellas son enzimas (biocatalizadores) y su importancia es fundamental desde un punto de vista termodinámico y cinético.

Una explicación simple de cómo ocurren las reacciones químicas es la teoría de choques: “las moléculas se mueven y, a veces, al chocar con la suficiente fuerza y por el sitio adecuado, se rompen sus enlaces y se unen de otra manera. La termodinámica nos habla de la estabilidad de los compuestos y de la energía necesaria para que ocurran esas reacciones. La cinética nos habla de la velocidad a la que ocurren esos procesos.

Siendo muy brutos se puede decir que la vida no tiene sentido desde un punto de vista termodinámico (por eso morimos). Entonces ¿cómo es posible? Pues porque los enzimas (muchos de ellos proteínas) “inventan” caminos que desde un punto de vista termodinámico son más fáciles que por los caminos sin catalizar (bajan la energía necesaria para que ocurra la reacción) y porque la cinética de todas las reacciones está “acoplada”, de forma que se mantienen esas moléculas inestables asociadas a la vida el tiempo necesario para sernos útiles y que no degeneren antes (de esta última afirmación jamás me había percatado y es una de esas ideas simples y lógicas que nombraba en los primeros párrafos).

Toda esta “maquinaria” metabólica la mantiene la célula gracias a un consumo de energía (que “obtiene” del exterior) y a un consumo de sustancias químicas (que también “toma” del exterior). Obviamente las sustancias químicas que le “sobran” después de sus procesos son expulsadas al exterior. Otra de las ideas simples y lógicas que me ha gustado de este capítulo es que por la membrana lipídica pueden entrar y salir fácilmente las moléculas pequeñas, pero que las moléculas grandes que se forman en el interior tras el metabolismo ya no salen fácilmente.

Y algo que me ha sorprendido es que yo hago mucho hincapié cuando explico la célula en los hidratos de carbono (en la glucosa) como fuente de energía. Les digo que en la respiración la glucosa libera energía que es captada por las moléculas (la fundamental el ATP) que después la cederá, por cierto muy rápidamente, a las reacciones metabólicas de las que hemos hablado. Me ha sorprendido porque en el capítulo pasa directamente al ATP: imagino que en los estadios iniciales de la vida “la respiración” no es significativa (cosa obvia, porque no había O₂, aunque ya me enteraré de si esta suposición es cierta conforme avance el libro).

Como se ha visto en los párrafos anteriores las sustancias químicas de la vida son:

· Los lípidos, cuya función fundamental, desde el punto de vista que aquí nos ocupa, podría decirse que es la formación de membranas; membranas que separan el interior del exterior y que son el soporte para que ocurran los metabolismos (lo de que las membranas son el soporte para gran parte del metabolismo también lo he “aprendido” en este capítulo, ¿o fue en el anterior?)

Los lípidos más interesantes son los anfifílicos, que son los que le confieren propiedades a membrana (doble capa lipídica). Algunos de esos lípidos anfifílicos se pudieron formar sin problemas mediante química prebiótica (no los fosfolípidos actuales pero si otros que pudieron hacer esas funciones de una manera menos eficiente pero en el fondo de una manera “resultona”)

· Las proteínas, cuya función principal, dentro de los intereses del libro, es la catalítica.

Las proteínas son uniones secuenciadas de aminoácidos. Los aminoácidos pudieron surgir en la química prebiótica y algunos de ellos se pudieron unir formando péptidos de cadena aleatoria, algunos de esos péptidos tendrían poder catalítico (pero como vimos, los estudios actuales se inclinan a pensar en el mundo ARN)

· Los ácidos nucleicos, cuya función principal actualmente es la genética (conservar la información y trasmitírsela a las proteínas) y la transportadora de energía, pero que inicialmente también podrían haber desarrollado funciones catalíticas.

Los ácidos nucleicos son agrupaciones de nucleótidos que a su vez tienen bases nitrogenadas. Todos esos componentes pudieron surgir de la química prebiótica y se piensan que “evolucionaron” y generaron un mundo ARN

·Glúcidos, cuya función principal desde el punto de vista de este libro sería la energética (bueno, también son unos constituyentes de los nucleótidos). Aunque esto es una apreciación mía, ya que hasta ahora no han salido mucho y está por ver si es significativa su contribución.

Pero lo fundamental es saber que los más simples pudieron surgir sin problemas en la química prebiótica.

Y hasta aquí el resumen previo al resumen del capítulo. He tenido que revisar estos conceptos para situarme antes de leer y resumir este capítulo. Y sin más rollazo, aquí tenéis el resumen del capítulo “compartimento, metabolismo y replicación”

Resumen del capítulo

El capítulo empieza diciéndonos que, aunque ya hemos hablado de la integración metabolismo-replicación en el Mundo RNA, nos queda una tercera pata para llegar a la complejidad metabólica que existe en la vida: el compartimento.

 Aunque pudo haber momentos donde ese compartimento estuviera presente gracias a "cavidades" minerales, lo que triunfo fueron las membranas. El compartimento es necesario porque garantizan las interacciones químicas entre los distintos productos del metabolismo (ya que no se dispersan). Si no fuera por las propiedades de membrana las moléculas de la vida no se podrían alejar de las condiciones de equilibrio termodinámico, cosa que se consigue gracias a que las cinéticas de las reacciones se acoplan en tiempo y espacio (se facilitan con los enzimas). Así pueden evolucionar metabolitos altamente inestables a compuestos "estables", es decir, suficientemente estables para desarrollar un papel (su papel) en "la fiesta de la vida".
Además las membranas también: son "el soporte" de la captación de energía (y la posterior cesión al metabolismo) y son las responsables del trasiego de sustancias químicas del exterior al interior (y viceversa).

Y ¿por qué triunfó la membrana doble capa lipídica?
Lo primero es que son termodinámicamente estables, no necesitan catalizadores para que ocurran (esto ya se comentó en capítulos anteriores): las micelas evolucionan a vesículas y estás pueden crecer y se parten espontáneamente cuando llegan a un tamaño crítico.
Por otro lado, dejan pasar sin problemas a moléculas orgánicas pequeñas e impiden la salida de moléculas grandes (las sintetizadas por el metabolismo en el interior de las células).
Obviamente al principio estarían formadas por lípidos mucho más simples que los actuales y con péptidos mucho más simples, pero con el paso del tiempo evolucionarían quedándose aquellos que fueran surgiendo y que le confirieran alguna propiedad que les resultara beneficiosa (es decir, de simples y poco específicas a complejas y muy específicas).

Centrándonos en el metabolismo decir que, como los compuesto de la vida no son termodinámicamente estables, tuvo que haber catalización. En el mundo prebiótico vimos que podrían ser átomos metálicos y/o moléculas orgánicas y/o péptidos de secuencia aleatoria. En el mundo ARN pudieron ser los ribozimas. Pero, en la vida, han ganado los enzimas proteicos (enzimas proteicos inicialmente poco efectivos e inespecíficos y, conforme actuara la selección natural, muy efectivos y específicos).

Como detalle (y aunque no lo dice, como recordatorio para los que crean en el diseño inteligente), el autor nos recuerda que "en la fábrica del metabolismo, las cadenas no se han ido construyendo a partir de la elegancia de un diseño ingenieril, sino superponiendo soluciones propias del bricolaje y recurriendo a multitud de parches que funcionaban suficientemente bien como para seguir avanzando".

Como hemos dicho, el metabolismo es algo sumamente integrado (cinéticamente hablando y refiriéndonos a multitud de reacciones acopladas) y por ello sobreviven los productos de la vida (inestables, termodinámicamente hablando). Y para lograr todo esto se tuvo que producir el acoplamiento compartimento-metabolismo (incluyendo dentro del "concepto" compartimento la "captación" de energía del exterior).

Siendo como es tan importante la energía para que pueda existir el metabolismo, el autor nos ofrece la explicación de cómo la membrana es captadora de energía.

Primero hay que tener claro que el flujo de sustancias a través de una membrana semipermeable libera energía y es espontaneo si ocurre favor del gradiente de concentración (intenta igualar las concentraciones pasando sustancias).

Pero veamos la captación de energía para el metabolismo. Hemos dicho que la membrana capta energía, pues bien, esa energía es usada por la membrana para expulsar H⁺ y Na⁺ de la célula. Entonces, como aumenta el gradiente más de lo que ya está (porque como se explicará más adelante con el ejemplo del H⁺ existen más fuera que dentro siempre) al entrar H⁺ se libera una energía que puede utilizarse para introducir una sustancia que no tenga tendencia a entrar, para mover un flagelo... o para fabricar ATP (la figura 2.8 del libro sintetiza estas ideas). Esa molécula de ATP es la que "lleva" la energía a las reacciones metabólicas, evolucionando a ADP que posteriormente, por un mecanismo como el que hemos dicho, generará nuevos ATPs. Todo esto es posible por la existencia de complejos enzimáticos (que inicialmente serían más simples) en la membrana.

El autor nos explica que el ATP está en todos los seres vivos (células) y que posiblemente triunfó porque su monómero soporta mejor los ultravioletas. Pero también nos indica que se han propuesto otras moléculas más simples que pudieron actuar de igual forma inicialmente antes que el ATP, uno de ellos habla de una molécula muy simple (anión pirofosfato) y otro asociado al grupo funcional -S-CO- (que también está presente en todos los seres vivos actuales)

También el autor nos dice que los H⁺ y Na⁺ son más abundantes en el exterior que en el interior. ¿Por qué? Posiblemente hay más Na⁺ porque fueron expulsados y así se impidió que entrara agua en la célula para diluir la alta concentración de sustancias químicas existente en ella (el agua tiende a entrar por efecto osmótico, fenómeno a favor del gradiente). Si no existiese ese fenómeno las proto-células hubieran reventado. Además, coordinadamente con la salida de Na⁺, entrarían K⁺ porque habría un desequilibrio eléctrico (esto también justificaría porque hay más K⁺ en el interior celular). Es decir, que todo está interrelacionado.

Y una vez deja claro que el metabolismo complejo está integrado con la membrana, habla de la integración de las tres cosas y los posibles modelos. Dice que los modelos tienen que cumplir compartimentos separados, metabolismos primitivos y moléculas genéticas (probablemente la primera fuera ARN).
Nos recuerda que como vimos en el mundo ARN la integración del metabolismo primitivo y de la replicación temprana no tienen porque ser incompatibles. Añade que si estuviera compartimentado podrían haber salido proteínas que finalmente dieran como resultado versiones más modernas de aquel metabolismo primigenio. Los modelos actuales de integración siguen distintos esquemas, pero todos análogos a los de estos tres ejemplos:
· Compartimento -> C + Metabolismo -> C + M + Replicación
· Compartimento -> C + Replicación -> C + R + Metabolismo
· Replicación -> R + Compartimento -> R + C + Metabolismo

El esquema que en la actualidad más consenso tiene sale en la figura 2.10. Además el autor deja claro que se pudieron formar otras ramas de la vida (e incluso diversificarse) distintas de la rama LUCA. Yo como dije en capítulos anteriores veo esto cada vez más difícil (pero yo no cuento porque son apreciaciones sin fundamento).

Por último hay dos subcapítulos que hablan de líneas de investigación que se apartan en cierto sentido de lo que hemos visto antes.
El primero habla de la química de sistemas y de que intentan generar la integración de los tres subsistemas simultáneamente desde la química prebiótica. Habla de dos o tres investigaciones pero destaca aquellas que parten de H₂S y de HCN (o de HCN y Fe que formaría después el H₂S) porque estarían presentes en las condiciones de la Tierra bombardeada por meteoritos y porque han logrado péptidos, ácidos nucleicos y lípidos (los precursores de los tres subsistemas). Al terminar indica que aunque es sugerente de momento no se ve muy factible el camino "simultáneo".
Y finalmente analiza que gracias a la manipulación genética se están aproximando a la vida sintética y que esto puede darnos muchas pistas de cómo surgió la vida. Nos indica que la investigación más prometedora ha sido meter en vesículas autoensambladas ARN, ADN o ácidos nucleicos artificiales y que se generen proto-células que son capaces de crecer y dividirse (buscándose ahora que estás proto-células sean metabólicamente viables y se autoreproduzcan).

Despedida y cierre

Pues aquí os dejo esto. De resumen tiene poco, la verdad.

Solo me gustaría que si he entendido algo mal, cosa bastante probable ya que no soy bioquímico ni biólogo, me lo digáis para que lo arregle y para que me entere yo mejor.

Saludos.

Breve comunicado de #TertuliasCiencia

Hola a todos.

Estamos organizando el siguiente tramo de resúmenes.

El viernes 28 se publicará el resumen del siguiente capítulo de #Orígenes La Vida. Por cierto, #Orígenes ha sido premiado con el Prismas por ser el mejor libro de divulgación científica editado en España en el 2015, volvemos a felicitar a los autores desde #TertuliasCiencia.

El capítulo 6 de Orígenes Vida (Compartimento, metabolismo y replicación) lo resumirá @2qblog. Los siguientes capítulos serán resumidos por @ConxiSole y @estapillao.

Un par de cosillas más.

Como sabemos que algunos se quedaron retrasados porque el libro es denso os animamos a intentar poneros al día. Aconsejamos leer el breve resumen que de esta parte del libro hizo el autor, Carlos Briones Llorente, "El origen de la vida, cuando la química se convirtió en biología" http://blogs.20minutos.es/ciencia-para-llevar-csic/2015/12/09/el-origen-de-la-vida-cuando-la-quimica-se-convirtio-en-biologia/ (es un gran resumen y ayuda a comprender mejor muchas partes del libro: ¡entre tanto contenido viene bien tener el hilo de la argumentación siempre bien clarito! el artículo lo recomendó el propio autor y también recomendó que se consultara la Wikipedia para los conceptos bioquímicos ya que no solía tener errores que desvirtuaran la información).

Y como siempre, desde #TertuliasCiencia, gracias a todos los que hacéis posible este proyecto.

#PremiosPrismas para Orígenes

En las Tertulias Literarias de Ciencia leemos libros con contenido científico a nivel de divulgación, los comentamos, aprendemos y nos enriquecemos como personas.

Hasta este año los libros se elegían porque trataban temas de interés y porque esperábamos aprender de ellos.

En 2016, con la intención de abrir más la participación y que no sólo los que participamos regularmente en #TertuliasCiencia, se inició el #CarnavalTertuliasCiencia2016 donde cualquier persona interesada podría proponer un libro para leer y votar las propuestas de los demás.

De las 17 propuestas que llegaron, el resultado fue la selección de 5 de ellos. Empezamos el año con Los Engaños de la Mente y ahora estamos con un libro que nos está haciendo disfrutar y aprender: Orígenes de Carlos Briones, Alberto Fernández Soto y José María Bermúdez de Castro.

Es un libro muy intenso y completo en el que para entenderlo mejor estamos contando con la participación de los propios autores a los que agradecemos enormemente su participación y ayuda.

Pues bien, mientras esta semana nos tomábamos un descanso para leer con calma el capítulo 6 de la segunda parte del libro, La vida, se ha hecho público el fallo del jurado de los Premios Prismas Casa de las Ciencias a la Divulgación 2016 y en la modalidad de libros editados,

"El Prisma de Bronce al mejor libro de divulgación científica editado en España en 2015 fue al titulado “Orígenes. El Universo, la vida, los humanos” de Carlos Briones, Alberto Fernández Soto y Jose Mª Bermúdez de Castro, editado por Editorial Crítica del Grupo Planeta. Se destaca el rigor de su contenido y el hilo conductor de los capítulos, acercando al lector conocimiento científico multidisciplinar de forma homogénea, así como la calidad de la edición"

Algo con lo que no podemos estar más de acuerdo y que nos ha alegrado mucho a todos los que participamos en #TertuliasCiencia. Por ello desde aquí, queremos dar también la enhorabuena a Carlos, Alberto y José María.

¡ENHORABUENA POR EL #PREMIOSPRISMAS!

Este fin de semana descansamos.

Quizás la palabra no sea descansar.

En realidad la gran mayoría de los que participamos (yo creo que todos los que participan) vamos "cargadicos de cosicas" y, después de haberlo hablado entre algunos y aprovechando que nadie se ha pedido resumir el capítulo 6, hemos decidido tomarnos el finde para leer tranquilamente el capítulo.

Además, el autor nos ha comentado que este capítulo es de los más complejos (los siguientes son más suaves, "nos ha dicho"). Por lo tanto hemos decidido tomarnos más tiempo para leerlo y así comprenderlo bien.

Por otro lado, si te habías quedado atrás, no lo dudes, ponte al día comentando los capítulos conforme los vayas leyendo. ¡Aprovecha que el autor de #Orígenes de la Vida ha comentado los 5 capítulos que ya llevamos resumidos! No dejes de hacerlo porque, aunque el libro no se puede leer "con sueño" (es de los de calentarse el tarro, tomar apuntes...), realmente estamos aprendiendo un montón.

Lo dicho, este finde descansamos, o más bien, este finde leemos el capítulo 6 tranquilamente.

Una cosilla más. Muchas gracias a todos los que participáis de una u otra forma: porque gracias a vosotros #TertuliasCiencia es posible.

Hasta la semana que vieeeeeeeene. Bye, bye.

Orígenes. La vida. Capítulo 5 - Virus y viroides

A veces tengo la impresión de que cuando pensamos en la biología nos centramos sólo en los seres vivos y de todo aquello que se hace para que los seres humanos tengamos una mejor salud y nuestro entorno esté en las mejores condiciones posibles.

Por ello cuando hablamos de organismos microscópicos, parece que siempre pensamos que son malos. Además no distinguimos entre bacterias y virus.  De hecho, la fama que tienen estos últimos es tan mala que se cree que su única función es acabar con la vida y que todos los esfuerzos de la ciencia están destinados a destruir todos los virus.  No obstante, la palabra virus, en latín significa toxina o veneno.

En este capítulo nos adentramos un poco más en el conocimiento de estos seres (¿vivos?).

Los primeros virus se descubrieron a finales del siglo XIX y se vio que tenían la capacidad de infectar plantas y animales, pero la investigación se centraba en como conseguían penetrar a través de los poros del filtro de Chamberland, el cual se utilizaba para distinguir otros microbios.

Filtro de Chamberland (Fuente)

Su estructura no se empezó a estudiar hasta la década de 1930 gracias a la interdisciplinariedad de la ciencia y el uso de técnicas, a priori, físicas como la microscopía electrónica o la difracción de rayos X. Estas técnicas nos descubrieron que los virus son más pequeños que una bacteria y que su material genético podía ser más variado que el nuestro en cuanto a composición y forma. Este material genético estaba protegido por una cápside proteica.

Los virus no necesitan mucho más para infectar aparte del material genético y de la cápside ya que  su única función es replicarse una vez han infectado la célula utilizando el material de la célula infectada para este fin. Es decir, los virus sólo se replican cuando tienen acceso a toda la maquinaria de reproducción de las células infectadas reemplazando, en esta maquinaria, el material genético de la célula por el suyo. Para ello, los virus, a través de su material genético codifican algunas proteínas necesarias para llevar a cabo la replicación.

Se estima que hay unas 10³² partículas virales, es decir más de 10 veces la cantidad de células.

Cuando se intenta luchar contra los virus, se dice que cambian tanto que una vez se ha descubierto algún tratamiento para evitar su reproducción, este se vuelve inútil en poco tiempo. Esto se debe a que los virus en los que su material genético es RNA tienen una variabilidad enorme, y por lo tanto pueden mutar con mucha facilidad, ya que las encimas que utilizan para replicarse no tienen actividad correctora de errores.

Uno de los aspectos más importantes de los virus es que se pueden utilizar para estudiar la evolución temprana de la vida. Para ello, se utiliza un virus que, los que beben vino, lo conocen muy bien al beberse muchos virus cada vez que dan un trago a una copa de vino: el Narnavirus.

El genoma del Narnavirus es muy corto, con sólo entre 2500 y 2900 nucleótidos y sólo codifican una proteína, su RNA polimerasa. Esto lleva a pensar que pueden ser los representantes de una estrategia replicativa muy antigua.

La simplicidad replicativa del virus Narnavirus, se puede considerar compleja si los comparamos con los viroides, que son parásitos celulares mas sencillos todavía ya que su material genético se compone de entre 246 y 401 nucleótidos. Esto hace que ese material ni siquiera codifique para sus propias proteínas, es decir, una vez dentro de la célula lo que hacen es secuestrar a las enzimas de las células, para que estas hagan todo el trabajo de replicación.

Se han planteado muchas teorías sobre el origen de los virus y viroides. El poco consenso que hay se basa en que los primeros viroides aparecieron en el Mundo RNA de manera que parasitaban a los ribocitos que hubiera en esa época de manera que les aportaran las ribozinas necesarias para reproducirse.

También se cree que los virus han jugado un papel muy importante en la transferencia de genes entre especies distintas. Después de esos viroides sencillos, aparecería virus con RNA también sencillos que evolutivamente fueron seleccionados para traspasar información genética entre protocélulas con genoma RNA. Estos virus RNA pudieron llegar a desarrollarse hasta el punto de que su material genético codificara para generar RNA polimerasas independientes de las protocélulas. Más adelante, alguna enzima con actividad transcriptasa reversa pudo empezar a copiar moléculas en sentido RNA -> DNA y los virus RNA incorporaron el gen que sintetiza esta enzima en su genoma. Al comenzar el mundo DNA/RNA/proteínas, los virus DNA podrían haber surgido como vehículos de intercambio entre los genomas de DNA de los antecesores de LUCA.

Antes nos planteábamos si los virus eran seres vivos. Existen discusiones muy importantes en torno a si los virus son seres vivos o no. El conocimiento que tenemos de ellos es que no deberían ser considerados seres vivos, pero si considerarlos fundamentales para la evolución.

Hay varias cosas que me gustaría tratar en la discusión de este capítulo.

¿Creéis que parece que a la sociedad sólo se transmite la visión “mala” de los virus?  En las noticias se escucha hablar de los virus Ebola, Zika, etc, pero no de cómo se pueden utilizar (reemplazándoles el material genético) para tratar enfermedades.

En este capítulo han salido varios investigadores españoles que han aportado en el campo de los virus, ¿los conocíais?

No me ha quedado claro como es el papel de los virus en la transferencia de genes entre especies como se demuestra del batiburrillo de palabras que he puesto juntas, ¿alguien lo ha entendido mejor y puede explicarlo? ;o))

Por último, ¿sois partidarios de considerar a los virus como seres vivos o no? ¿Por qué?

¡Buena semana!

Orígenes.La vida. Capítulo 4 - El modelo del Mundo RNA.

Este capítulo ha sido el que más me ha costado hasta ahora, no por que sea especialmente complejo sino por la cantidad de teorías que incluye que explican su base de forma resumida pero muy completa. Carlos Briones nos lleva de paseo por los posibles mundos que pudieron dar lugar al flujo de información genética ADN → ARN → Proteínas.

La información genética se almacena en el ADN y las proteínas están codificadas en él pero necesita proteínas polimerasas para copiarse. Ya tenemos la primera gran pregunta, ambos son imprescindibles para formar al otro. ¿Qué fue primero al ADN o las proteínas?
La solución que parece ganar de momento es la intermedia, el primero fue el ARN.

Imagen de la Wikipedia

Como he dicho hay mucha información así que mi deformación profesional me hace reducirla para que no salga nadie huyendo, pido perdón a los entendidos y a los científicos que no serán nombrados.

Vamos a situarnos en los orígenes del modelo que da nombre al capítulo.
En 1968 se lograron pruebas de que el ARN es anterior al ADN, ya que su precursor, y a las proteínas por ser imprescindible en su traducción. También es imprescindible en la formación de ATP y GTP.
Por otro lado no se han encontrado reacciones que transformen proteínas en ARN por lo que se descarta esa línea de flujo.
En 1970 se descubre que los retrovirus copian su ARN en forma de ADN. Este hecho nos permite cambiar el flujo anterior a ADN ↔ ARN → Proteínas.
Ya es posible colocar al ARN como precursos de ADN y proteínas.
En 1982 se refuerza este punto con el descubrimiento en la naturaleza de ARN catalíticos, llamadas ribozimas, Nuestra molécula puede actuar como ADN y como proteína. Hemos entrado en el "Mundo RNA".
El descubrimiento de nuevos ribozimas naturales, hasta llega a 8, refuerza esta línea de trabajo.
Los 7 primeros se autoprocesan sus proteínas y el octavo cataliza las uniones entre aminoácidos por medio de enlaces peptídicos.
Teniendo la base para explicar la replicación el autor nos espeta una segunda pregunta clave, ¿cómo se originó el código genético de los seres vivos?. Sí podemos copiar pero ¿de dónde salió lo que copiamos?
No tenemos nada claro, ni tan siquiera si al principio había 4 ácidos nucleótidos formando los ácidos nucleicos o eran más.

En 2000 se demostró que la ribozima PT permitía explicar la formación de proteínas a partir de la unión de aminoácidos gracias a lectura de ARNs mensajeros. Se logró demostrar la segunda parte del flujo y podemos explicar la formación de protoribosomas que evolucionarán hacia otros más eficientes hasta los actuales. Se piensa que LUCA tenía ribosomas parecidos a los de las bacterias.

En cuanto al metabolismo, no se han encontrado ribozimas implicados en él por lo que, o bien no hubo ribozimas metabólicos, o bien eran poco eficaces y la evolución los sustituyó por proteínas.

Para poder avanzar más rápido se había abierto una nueva vía de investigación, sin abandonar la búsqueda en la naturaleza se comenzó a trabajar in vitro.
En 1967 se pusieron moléculas de ARN del bacteriófago Qβ y se le añadieron enzimas proteicas con actividad ARN polimerasa sin presencia de células. Si en el medio se ponían los nucleótidos y moléculas necesarios se conseguía la replicación fuera del entorno celular. Además las replicaciones consecutivas mutaban aumentando el número de los que se replicaban a mayor velocidad. La molécula ganadora evolutivamente era 20 veces más corta que la original y se bautizó como el monstruo de Spiegelman. Si bien esta molécula no es apta para infectar demuestra la evolución en conjunta de algunas moléculas.

Afinando la técnica de selección de ácidos nucléicos in vitro se consigue amplificar las moléculas adecuadas para lograr uniones concretas, aptámeros, o realizar funciones concretas. Aplicada nuestra primera ribozima natural se consiguió otra más eficiente. Si hemos podido conseguir ribozimas metabólicos y otra que forma ribonucleótidos a partir de pirimidina y ribosa activada para aportar material para sintetizar ARN, estamos confirmando la hipótesis del Mundo RNA.
El que no existan hoy en día en la naturaleza se podría deber, como se ha comentado, a que las proteínas son más eficientes.

Nos falta un ARN autoreplicante y capaz de copiar alos demás ribozimas que no se ha encontrado en la naturaleza ni se ha conseguido in vitro aunque se están realizando avances prometedores.
Las réplicas conseguidas in vitro contienen un error cada 100 nucleótidos copiados mientras que el ADN sólo yerra en uno de cada 10⁹. Esta diversidad en las copias obtenidas ayuda a evolucionar aunque muchas de ellas no sean funcionales. Los virus con genoma de ARN cumplen las predicciones anteriores.
Nuestro modelo sigue avanzando pero seguimos sin explicar el origen del ARN.
Si bien podemos explicar la formación de ribonucleótidos, su polimerización abiótica su estabilización y cómo llegaron a ser catalíticos es lo que nos queda por explicar, casi na.

La polimerización necesita mucha enbergía y no es favorable termodinámicamente por lo que necesitamos catalizarla. Se trabaja en tres vías, interfases agua-hielo y agua-lípidos y la arcilla montmorillonita.

Imagen de Wikipedia

Ésta última es un filosilicato cuyas capas y cargas están dispuestas de forma que los ribonucleótidos pueden entrar y orientarse de forma correcta para su unión.
Con estos catalizadores abióticos se consiguen cadenas de 40, 50 y hasta 100 uniones que dan lugar a moléculas estables sobre todo en la arcilla.
Llegados a este punto el autor nos propone cambiar la sopa prebiótica por una lasaña para adaptar el símil culinario al escenario actual.
Recientemente se ha demostrado que la polimerización desde esas pequeñas cadenas hasta las macromoléculas de ARN se puede dar gracias a una ribozima natural. Otras ribozimas ya han demostrado ser capacesde autoreplicarse, nos vamos acercando a la obtención del ARN replicasa necesario para copiar la información genética.
La síntesis del ARN primigenio no es la única linea de investigación abierta, hay grupos que se centran en la de otros ácidos nucléicos (XNA) como paso anterior al ARN. Se ha conseguido catálisis en corte y unión de moléculas, las primeras funciones bioquímicas. Además son capaces de transmitir la información genética al ARN con lo que se consigue la continuidad evolutiva.

El capítulo termina con una reflexión, la importancia del material genético no está en el material en sí sino en la información que es lo que se mantiene al copiarse, por encima del organismo que la contenía ya que pervive en su descendencia. Para que quede más claro nos propone una metáfora, una antorcha puede prender varias que seguirán trayectorias diferentes, éstas a su vez prenderán otras y así sucesivamente y recorrerán multitud de caminos. Así es la evolución de la vida.

Os felicito por llegar hasta aquí abajo. Para comentar, dada la complejidad de todo lo leído, os propongo:

- Opinión sobre el capítulo, no seáis malos.
- La complejidad de las macromoléculas que queremos formar es suficiente para hacernos una idea de lo dificultoso del camino, ¿tenías idea de lo avanzado que lo llevamos?
- Abramos el abanico y aportemos algo, las primeras cadenas de ribonucleótidos parece que se formaron en rocas o interfases. ¿Crees que esa idea puede cambiar radicalmente con algún descubrimiento importante?¿Como cuál?
- Hemos aprendido que la variabilidad en la copia favorece la evolución pero que no permite una población molecular homogénea, está claro el paralelismo con la evolución las especies. ¿esto es un punto a favor de la teoría?

Buen fin de semana, os lo habéis ganado ;-)

Santos