La reacción química descrita recientemente podría haber ensamblado los componentes básicos del ADN antes de que existieran las formas de vida y sus enzimas

Los químicos de Scripps Research han hecho un descubrimiento que respalda una nueva y sorprendente visión de cómo se originó la vida en nuestro planeta.

En un estudio publicado en la revista de química quimica APLICADA, demostraron que un compuesto simple llamado diamidofosfato (DAP), que estaba plausiblemente presente en la Tierra antes de que surgiera la vida, podría haber entretejido químicamente pequeños bloques de construcción de ADN llamados desoxinucleósidos en hebras de ADN primordial.

El hallazgo es el último de una serie de descubrimientos, en los últimos años, que apunta a la posibilidad de que el ADN y su primo químico cercano, el ARN, surgieran juntos como productos de reacciones químicas similares, y que las primeras moléculas autorreplicantes, la primera formas de vida en la Tierra – eran mezclas de las dos.

El descubrimiento también puede conducir a nuevas aplicaciones prácticas en química y biología, pero su principal importancia es que aborda la antigua cuestión de cómo surgió la vida en la Tierra. En particular, allana el camino para estudios más extensos sobre cómo las mezclas de ADN-ARN autorreplicantes podrían haber evolucionado y extenderse en la Tierra primordial y finalmente sembrar la biología más madura de los organismos modernos.

“Este hallazgo es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo químico detallado de cómo se originaron las primeras formas de vida en la Tierra”, dice el autor principal del estudio, Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, profesor asociado de química en Scripps Research.

El hallazgo también aleja al campo de la química del origen de la vida de la hipótesis que lo ha dominado en las últimas décadas: la hipótesis del “mundo del ARN” postula que los primeros replicadores estaban basados ​​en ARN y que el ADN surgió solo más tarde como un producto. de formas de vida de ARN.

¿El ARN es demasiado pegajoso?

Krishnamurthy y otros han dudado de la hipótesis del mundo del ARN en parte porque las moléculas de ARN pueden haber sido simplemente demasiado “pegajosas” para servir como las primeras auto-replicadoras.

Una hebra de ARN puede atraer otros bloques de construcción de ARN individuales, que se adhieren a ella para formar una especie de cadena de imagen especular: cada bloque de construcción en la nueva cadena se une a su bloque de construcción complementario en la cadena de “plantilla” original. Si la nueva hebra puede desprenderse de la hebra de plantilla y, mediante el mismo proceso, comenzar a crear plantillas de otras hebras nuevas, entonces ha logrado la hazaña de la autorreplicación que subyace a la vida.

Pero mientras que las cadenas de ARN pueden ser buenas para crear plantillas de cadenas complementarias, no son tan buenas para separarse de estas cadenas. Los organismos modernos producen enzimas que pueden obligar a las hebras hermanadas de ARN, o ADN, a ir por caminos separados, lo que permite la replicación, pero no está claro cómo podría haberse hecho esto en un mundo donde las enzimas aún no existían.

Una solución quimérica

Krishnamurthy y sus colegas han demostrado en estudios recientes que las hebras moleculares “quiméricas” que son parte ADN y parte ARN pueden haber podido solucionar este problema, porque pueden moldear hebras complementarias de una manera menos pegajosa que les permite separarse con relativa facilidad. .

Los químicos también han demostrado en artículos ampliamente citados en los últimos años que los bloques de construcción simples de ribonucleósidos y desoxinucleósidos, de ARN y ADN respectivamente, podrían haber surgido en condiciones químicas muy similares en la Tierra primitiva.

Además, en 2017 informaron que el compuesto orgánico DAP podría haber desempeñado el papel crucial de modificar los ribonucleósidos y unirlos en las primeras hebras de ARN. El nuevo estudio muestra que DAP en condiciones similares podría haber hecho lo mismo con el ADN.

“Descubrimos, para nuestra sorpresa, que usar DAP para reaccionar con desoxinucleósidos funciona mejor cuando los desoxinucleósidos no son todos iguales, sino que son mezclas de diferentes ‘letras’ de ADN, como A y T, o G y C, como el ADN real, “dice el primer autor Eddy Jiménez, PhD, investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy.

“Ahora que entendemos mejor cómo una química primordial pudo haber producido los primeros ARN y ADN, podemos comenzar a usarlo en mezclas de componentes básicos de ribonucleósidos y desoxinucleósidos para ver qué moléculas quiméricas se forman y si pueden auto-replicarse y evolucionar. “, Dice Krishnamurthy.

Señala que el trabajo también puede tener amplias aplicaciones prácticas. La síntesis artificial de ADN y ARN, por ejemplo en la técnica “PCR” que subyace a las pruebas COVID-19, representa un vasto negocio global, pero depende de enzimas que son relativamente frágiles y, por lo tanto, tienen muchas limitaciones. Los métodos químicos robustos y libres de enzimas para producir ADN y ARN pueden resultar más atractivos en muchos contextos, dice Krishnamurthy.

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