jueves, 13 de septiembre de 2007

¿Cuál es el origen de la vida? - pt.2

Continuamos con el ensayo de la semana pasada sobre el origen de la vida.

Para los años 30 la existencia del DNA y las proteínas estaba más que admitida, al igual que su importancia para el funcionamiento de la vida. Sin embargo, los ácidos ribonucleicos (RNA) todavía estaban algo excluídos de la teoría molecular de la vida. En 1939, Torbjörn Caspersson, el mismo tío que en 1936 había descubierto que el DNA debía ser un polímero, junto con colaboradores, demuestra que el contenido de RNA de las células es mayor que el de DNA y por lo tanto propone una implicación en la síntesis de proteínas. Su hipótesis es la verdadera precursora del dogma (yo prefiero llamarlo teoría) de la biología molecular tal y como lo conocemos hoy.

Nadie le da mucha pelota a Caspersson hasta que Severo Ochoa descubre la principal función del RNA en los años 50 (lo que le hace ganar el premio Nobel algunos años después). Estaba finalmente claro que el DNA servía como molde para la síntesis de una copia de RNA, que sería la guía para la síntesis de proteínas dentro de unas partículas celulares llamadas ribosomas (dado que tenían proteínas y ácidos ribonucleicos en su interior). Finalmente, a principios de los 60 se descubren los diferentes tipos de RNA, el RNA mensajero, el RNA transferente y el RNA ribosómico (un RNA que estaba en los ribosomas maduros, de forma constitutiva, ayudando en el proceso de síntesis proteica).






Con todo esto, las propuestas que Francis Crick (sí, el de Watson y Crick) realizó entre el 56 y el 58, quedaban consolidadas en una firme teoría que rápidamente fue transformándose en dogma a medida que se comprobaba el hecho a lo ancho y largo del árbol de la vida (las hipótesis se encuentran resumidas en la siguiente imagen).



Sin embargo... como decíamos en el anterior episodio, el RNA era frágil e inestable. Nadie pensaba en él más que como un transmisor de información. El DNA era como la biblioteca de libros de tapas duras y el RNA, solo las cutres fotocopias en papel reciclado. Daba igual que se descubrieran genomas virales enteramente compuestos por RNA (como en los primeros virus descubiertos, el del Mosaico del Tabaco por ejemplo). Daba igual... total, los virus no eran organismos, ¿no?

Pero finalmente llegó el año 1965... un artículo interesantísimo había aparecido en un ya consolidado "journal" inglés llamado Nature. Decían que habían descubierto el proceso de la transcripción reversa. Una molécula de RNA era capaz de copiarse para dar DNA. En 1970, Baltimore aisla finalmente la enzima responsable, que llaman transcriptasa reversa (aunque el nombre se populizaría luego como Retrotranscriptasa, estructura en la imagen). El proceso definiría finalmente a una familia de virus completa que utilizaba esta estrategia dentro de su ciclo de reproducción (los Retroviridae). Se había confirmado otra de las hipótesis de Crick... el RNA podía retrocopiarse hacia DNA.

Por último, en 1967, Crick (junto con algunos otros colaboradores), después de analizar la estructura tridimensional propuesta para los RNAs (una estructura variable dependiente de secuencia, como las proteínas), consideró la posibilidad de que el RNA pudiera, al igual que los polipéptidos proteicos, catalizar reacciones como una enzima. Como casi todo lo que propusiera en su legendario boceto sobre el Dogma Central de la Biología Molecular de 1958, esto también se demostró. Sin embargo, tuvieron que esperar hasta 1981 y 1985 cuando se descubrirían las primeras actividades catalíticas de los ácidos ribonucleicos (participación vital en la síntesis proteica en el ribosoma y auto-hidrólisis respecticamente); el Nobel finalmente fue para Cech y Altman. Estos enzimas de ácidos ribonucleicos darían por llamarse finalmente ribozimas (usando la misma raíz que las enzimas). En la imagen se muestra la ribozima "hammerhead", la más pequeña de todas. Cataliza la actividad autohidrolítica en la que facilita que el grupo hidroxilo, OH, (en rojo) ataque al fosfato, PO4 (en naranja-rosa).

No pasó ni siquiera un año hasta que en 1986 finalmente la hipótesis del Mundo Primitivo de RNA cuajara por completo, de mano de Walter Gilbert. La hipótesis era bastante sencilla y de hecho había sido enunciada previamente por Woese en 1968 (colaborador de Crick en su estudio sobre la estructura tridimensional de los RNA) y por Rich (incluso 5 años antes que Woese). Era todo bastante intuitivo... Si el RNA podía retrotranscribirse para dar lugar al DNA y además podía dar lugar a proteínas... y además era capaz de funcionar como un catalizador.... y además la propia maquinaria de síntesis de proteínas en las células modernas, el ribosoma, empleaba catálisis de RNA para hacer proteínas.... es decir: si, en resumen, el RNA podía tener todas las funciones de las macromoléculas de los organismos vivos, tenía que ser el ancestro!!!


El RNA había destronado al DNA como molécula precursora de la vida. En el Mundo Primitivo de RNA de Gilbert, las primeras moléculas vivas serían pequeños RNA, interactuando entre sí, catalizando reacciones que facilitarían su capacidad para replicarse.

(Debo hacer un inciso aquí para mucha gente que sé que puede necesitarlo. La capacidad catalítica del RNA fue clave dado que la teoría catalítica de la vida estaba prácticamente consolidada dentro del estudio termodinámico de la vida, de parte de la enzimología. La idea es que las reacciones vitales son enormemente ordenadas, yendo en contra de la tendencia caótica de la naturaleza. Es por ello que es necesario que existan sistemas catalíticos que faciliten los aportes energéticos necesarios para conseguir reacciones que generan orden en sitios determinados de la célula. Las reacciones que son prácticamente imposibles fuera de un entorno vital demostraron ser reacciones acopladas a unas segundas reacciones, llamadas secundarias o acopladas, que aportan la energía electroquímica-química-mecánica-conformacional-etc. para paliar el efecto tan negativo de la reacción primaria. El "gasto de ATP" es la más común de estas, pero ni de asomo la única. La capacidad del RNA de catalizar reacciones era así un paso clave en la demostración de la capacidad de esta molécula como precursora de todas las demás.)

Claro que podemos ir mucho más atrás que el RNA y preguntarnos cosas como ¿y el RNA de donde surgió? ¿Existió una molécula previa también viva? ¿Tiene el precursor un precursor? ¿El RNA es el primero? ¿Y cómo surgieron las moléculas orgánicas entonces?

Todas estas preguntas son tanto o más importantes que la primera. Y lo curioso es que se hicieron mucho antes de saberse incluso la estructura del DNA. Estoy hablando del experimento de Urey y Miller. Sí... y es que dejé el llamado "experimento más clásico sobre el origen de la vida" para el final... Sobre todo porque me parece el más feo y el menos creíble de todo lo demás (que por cierto aún así son solo hipótesis y teorías)... En 1953 estos dos individuos realizaron un experimento que se podría resumir así:

RECETA PARA LA VIDA

1) Añada a un circuito cerrado de tubos de vidrio y matraces los siguientes componentes:
- Metano gas
- Agua
- Hidrógeno gas
- Amoníaco
2) Cierre las válvulas
3) Caliente el matraz donde coloca el agua
4) Emita un chispazo eléctrico frecuente y aleatorio en una de las esferas por donde pasan los gases y espere 4000 millones de años
5) Recoja los seres vivos del interior del matraz líquido.



Aunque pueda parecer irónico es básicamente lo que hicieron estos individuos. Claramente asumieron que había muchos menos elementos en la Tierra Primitiva de los que realmente constituyen los seres vivos. Además, no esperaron tanto tiempo tampoco (y claramente no se encontraron con un bebé lagarto dentro del matraz líquido). Sin embargo, después de unos cuantos días dieron con una serie de compuestos muy interesantes dentro del "caldo primigenio" del matraz acuoso (sí, la frase "caldo primigenio" proviene de su propio artículo, en el que proponen que la Tierra en el momento del Origen de la vida era como un "caldo" donde abundaban las moléculas orgánicas más básicas). Es más, el 10-15% del carbono se había asimilado en forma orgánica. Aparecían cosas como la Urea y Aminoácidos (y algunos precursores de nucleótidos). De hecho fue este experimento (y luego muchos otros que le siguieron, inspirándose en él) el que centró la teoría de la evolución durante muchos años sobre las proteínas como molécula primigenia. Crick fue el primero que se levantó contra la hipótesis de las proteínas como origen con su Dogma Central, demostrado en sucesivas veces. Su idea era bastante interesante. Como existía una pérdida de información en el paso de ácidos nucleicos a proteínas (dado que el código genético era degenerado), la secuencia de proteínas no podía remitir a secuencias precisas de ácidos nucleicos, sino a múltiples secuencias posibles. La combinatoria en una proteína de unos pocos kiloDalton era tan infinita que no las proteínas no podrían dar ni siquiera 2 moléculas de DNA o RNA idénticas incluso si lo intentaran todo el tiempo de la historia del planeta Tierra. Hoy está claro por lo menos que los ácidos nucleicos (o algo muy parecido a ellos) deben haber sido los primeros.


La próxima vez comentaremos un poco sobre el posible Origen de la Célula, para terminar con las críticas realizadas por la Biología de Sistemas hacia todo esto que estuvimos hablando. Con un poco de suerte también comenzaremos a hablar algo sobre como la Biología Molecular pasó de ser Dogma a ser Disciplina, ... y finalmente Tecnología...

2 comentarios:

Salva dijo...

Muy interesante esta segudna parte. Me ha gustado mucho el experimento de los 4000 M de años. Habría que simularlo por ordenador...

Esta vez me enteré mejor que antes pero aun te tendré que preguntar cosillas.

Muy interesante tío, sigue así: despacito pero sin pausa.

Hernán dijo...

Excelente blog. Había estado buscando algo así por mucho tiempo y lo encontré de casualidad..¿o podría decirse causalidad?
Ojalá lo podamos seguir leyendo.
Felicitaciones!!!