mundo de ARN

Origen de la vida
•Toda la materia, viviente y no viviente se compone de sustancias químicas
•Qué es un ser vivo? Hay alguna definición? Características?
-Diferencias con sistemas químicos:
-Capacidad de duplicarse (reproducción)
-Presencia de enzimas (metabolismo)
-Presencia de una membrana que le permite mantener una identidad química distinta del
medio externo
•Teoría celular
•Todos los organismos están compuestos por células: unicelulares, pluricelulares
•Toda célula proviene de una pre-existente
•las células contienen la información hereditaria de los organismos vivos y se transmite
•Toda la vida es celular
•Está basada en soluciones acuosas
•Principales elementos: C, O, N, H, S y P
•Las reacciones bioquímicas tiene lugar dentro de las células
•Todas las proteínas están hechas de un mismo grupo de aminoácidos, todo RNA de los mismos
ribonucleótidos, idem DNA
•Todos los fosfolipidos a partir de un numero limitado de ácidos grasos
•Flujo de energía asociado a la formación e hidrólisis de enlaces fosfato
•Barrera osmóticamente activa de lípidos y proteínas
•Genoma: ADN o ARN
•Todas células poseen ribosomas, sitios de síntesis protéica
•Enzimas
•Los seres vivos en reproducción dan lugar a fenotipos modificados resultado de genotipos mutados
-4500x106 años:
formación de la Tierra
-4000x106 años:
atmósfera primitiva compuesta por metano (CH4), dióxido de
carbono (CO2), amonio (NH3), hidrógeno H2 y vapor de agua. No había oxígeno libre.
Atmósfera reductora
Había mucha energía en forma de calor (mares – vapor – enfriamiento en la atmósfera –
nubes – lluvia), rayos que daban energía eléctrica, radiación uv
interacciones entre moléculas para finalmente “evolucionaron” hasta llegar a células
-Oparín y Haldane (1924): Aparición de la vida fue precedida por una “evolución
química” y luego por una “evolución prebiótica”
Oparín y Haldane (1924)
Aparición de la vida fue precedida por una “evolución química”
HIPOTESIS
- En estas condiciones se formarían moléculas orgánicas a partir de los gases
atmosféricos que se acumulaban en los mares y lagos (porb desecación).
- Persistirían por la ausencia de O2 libre.
- Protección de la degradación por luz UV por la superficie de los mares (filtro)
- Acumulación de estas moléculas que favorecen su interacción (condensación) en
lagunas que se desecaron
-Formación de agregados más complejos por interacciones PdeH e hidrofóbicas
-Polimerización
-Miller (1953): aportó las
primeras evidencias
experimentales. Simuló en el lab
las condiciones que existían en la
Tierra primitiva y fue el primero
en aportar una prueba de la teoría
de Oparín
Cianuro de hidrógeno,
formaldehído.
Reaccionaron en el agua
para dar aminoácidos,
purinas, pirimidinas
Sopa pre-biótica de pequeñas moléculas: Como aparece la Vida?
Requerimientos: moléculas que se repliquen, aparezcan mutaciones (cambios) en estas nuevas
copias, suministro de energía libre y aislamiento del medio
Oparín, 1920 Teoría de los coacervados
Si sacudía una mezcla de una proteína grande y polisacáridos en agua se formaban agregados
bastante estables (protobiontes) separados de la solución acuosa. Los llamó coacervados
Tenían una forma sencilla de metabolismo. Incorporaban sustratos,
si en el interior hay enzimas catalizaban reacciones y devolvían al
medio los productos.
•Si los compuestos incluyen lípidos, la capa que los separa del medio es una doble capa lipídica
•Si las membranas lipídicas incluyen cromóforos (moléculas que absorben radiación uv o visible)
Transducción de energía
-Se pueden dar reacciones REDOX si hay conducción de electrones por la
membrana
-Reacciones ácido-base si los H+ pueden ser conducidos a través de la membrana
Características de la molécula primigenia:
•Servir de material genético: ADN, ARN
•Poseer capacidad de autorreplicación: ADN y ARN. ADN no, porque su duplicación
requiere de proteínas
•Actividad catalítica: Proteínas?, la estabilidad química del ADN (importante para función de
almacenamiento de información), seria limitación para su capacidad catalítica.
El ARN su estructura química lo hace más inestable que el ADN pero le confiere capacidad para
dirigir reacciones químicas
El ARN?
Hasta mediados de los ochenta se creía que los únicos polímeros celulares con poder catalítico, eran
las enzimas protéicas.
Thomas Cech y Sidney Altman (premio nobel 1989), en algunos organismos, ciertas moléculas de
ARN gobernaban reacciones químicas: ribozimas, o enzimas de ARN.
El ARN como la molécula primigenia capaz de cumplir la función de almacenamiento y
replicación de información genética.
Se creó así la hipótesis del “mundo de ARN”: la transición del mundo prebiótico al mundo
vivo se realizó por medio de moléculas de ARN con capacidad de autorreplicación.
El “mundo del ARN” terminó una vez que el ARN “aprendió” a sintetizar las primeras
proteínas:
•Dada la versatilidad y la poderosa capacidad catalítica de las proteínas, reemplazaron al ARN
en la mayoría de las funciones enzimáticas.
•Cuando la vida basada en el RNA se encerró en membranas (menor concentración de agua) el
DNA es mása estable: ADN sustituyó al ARN en la tarea de almacenamiento de información.
No se eliminó de la célula al ARN: la traducción de la información genética almacenada en
el ADN. Molécula central en la vida?
En la actualidad, la vida surge
de lo “no viviente”?
Hasta mediados del sXIX:
generación espontánea
Pasteur (1862) descartó esta teoría
-Demostró que los microorganismos
provienen de otros microorg
-Una solución estéril permanece
estéril a menos que sea contaminada
por criaturas vivientes
-En la actualidad, no se puede formar vida a partir de moléculas biológicas sencillas porque
estas son consumidas
-No se pueden acumular en densidades suficientes
-En ambientes aérobios estas moléculas son oxidadas
-La generación de la “vida” a partir de la “no vida” fue un episodio del pasado remoto.
-Una vez que la vida evolucionó, evitó que otra vida pudiera surgir de lo “no viviente”
La fotofosforilación del H2O dio O2 y e- disponibles para reducir el CO2 y formar compuestos
orgánicos
-Las cianobacterias liberaron suficiente O2 para abrir la puerta a las reacciones oxidativas en los
procesos metabólicos.
El O2 liberado por cianobacterias permitió la aparición de organismos procariontes aeróbicos que al
obtener más E comenzaron a proliferar. El aumento de oxígeno en atmósfera permitió la evolución
de celulas eucarióticas.
Comparación entre los tres dominios
Posible evolución de la célula
procarionte la eucarionte
Prokaryote metabolism is very diverse. Some prokaryotes are anaerobic, others are aerobic, and
yet others can shift between these modes.