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Proteínas antiguas ofrecen nuevas pistas sobre el origen de la vida en la Tierra

El origen de la vida es un misterio científico que ha cautivado a los investigadores durante siglos. Si bien hay muchas teorías sobre cómo surgió la vida en la Tierra, el proceso exacto sigue siendo desconocido.

Los investigadores han utilizado simulaciones de laboratorio para recrear las condiciones de la Tierra primitiva y han descubierto que la evolución de proteínas antiguas en todas las formas de vida del planeta, incluidas plantas, animales y humanos, no habría sido posible sin aminoácidos específicos.

El descubrimiento del papel que desempeñaron los aminoácidos en la configuración del código genético de los antiguos microorganismos arroja nueva luz sobre el antiguo misterio del origen de la vida en la Tierra.

“Ves los mismos aminoácidos en todos los organismos, desde humanos hasta bacterias y arqueas, y eso se debe a que todas las cosas en la Tierra están conectadas a través de este árbol de la vida que tiene un origen, un organismo que fue el ancestro de todos los seres vivos”, dijo. Stephen Fried, químico de Johns Hopkins que codirigió la investigación con científicos de la Universidad Charles en la República Checa. “Estamos describiendo los eventos que dieron forma a por qué ese antepasado obtuvo los aminoácidos que obtuvo”.

Los hallazgos se publican recientemente en el Journal of the American Chemical Society .

En el laboratorio, los investigadores imitaron la síntesis de proteínas primordiales de hace 4.000 millones de años mediante el uso de un conjunto alternativo de aminoácidos que eran muy abundantes antes de que surgiera la vida en la Tierra.

Encontraron compuestos orgánicos antiguos que integraron los aminoácidos más adecuados para el plegamiento de proteínas en su bioquímica. En otras palabras, la vida prosperó en la Tierra no solo porque algunos aminoácidos estaban disponibles y eran fáciles de producir en hábitats antiguos, sino porque algunos de ellos eran especialmente buenos para ayudar a las proteínas a adoptar formas específicas para realizar funciones cruciales.

“El plegamiento de proteínas básicamente nos permitía evolucionar incluso antes de que hubiera vida en nuestro planeta”, dijo Fried. “Podrías tener evolución antes de tener biología, podrías tener selección natural para los químicos que son útiles para la vida incluso antes de que existiera el ADN ”.

Aunque la Tierra primordial tenía cientos de aminoácidos, todos los seres vivos usan los mismos 20 de estos compuestos. Fried llama a esos compuestos “canónicos”. Pero la ciencia se ha esforzado por identificar qué es tan especial, si es que tiene algo, acerca de esos 20 aminoácidos.

En sus primeros mil millones de años, la atmósfera de la Tierra consistía en una variedad de gases como el amoníaco y el dióxido de carbono que reaccionaron con altos niveles de radiación ultravioleta para inventar algunos de los aminoácidos canónicos más simples. Otros llegaron a través de la entrega especial de meteoritos, que introdujeron una mezcla de ingredientes que ayudaron a la vida en la Tierra a completar un conjunto de 10 aminoácidos “tempranos”.

Cómo surgió el resto es una pregunta abierta que el equipo de Fried está tratando de responder con la nueva investigación, especialmente porque esas rocas espaciales trajeron mucho más que los aminoácidos “modernos”.

“Estamos tratando de averiguar qué tienen de especial nuestros aminoácidos canónicos”, dijo Fried. “¿Fueron seleccionados por alguna razón en particular?”

Los científicos estiman que la Tierra tiene 4600 millones de años y que el ADN, las proteínas y otras moléculas no comenzaron a formar organismos simples hasta hace 3800 millones de años. La nueva investigación ofrece nuevas pistas sobre el misterio de lo que sucedió durante el tiempo intermedio.

“Para tener una evolución en el sentido darwiniano, necesitas tener toda esta forma sofisticada de convertir moléculas genéticas como el ADN y el ARN en proteínas. Pero la replicación del ADN también requiere proteínas, por lo que tenemos el problema del huevo y la gallina”, dijo Fried. “Nuestra investigación muestra que la naturaleza podría haber seleccionado bloques de construcción con propiedades útiles antes de la evolución darwiniana”.

Los científicos han detectado aminoácidos en asteroides lejos de la Tierra, lo que sugiere que esos compuestos son ubicuos en otros rincones del universo. Es por eso que Fried cree que la nueva investigación también podría tener implicaciones para la posibilidad de encontrar vida más allá de la Tierra.

“El universo parece amar los aminoácidos”, dijo Fried. “Tal vez si encontráramos vida en un planeta diferente, no sería tan diferente”.

Referencia: “La selección temprana del alfabeto de aminoácidos fue moldeada de forma adaptativa por restricciones biofísicas de plegamiento” por Mikhail Makarov, Alma C. Sanchez Rocha, Robin Krystufek, Ivan Cherepashuk, Volha Dzmitruk, Tatsiana Charnavets, Anneliese M. Faustino, Michal Lebl, Kosuke Fujishima, Stephen D. Fried y Klara Hlouchova, 24 de febrero de 2023, Journal of the American Chemical Society . DOI: 10.1021/jacs.2c12987

El estudio fue financiado por el Programa de Ciencias de la Frontera Humana y el Premio al Nuevo Innovador del Director de los NIH.

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