La teoría del origen de la vida que implica un híbrido ARN-proteína gana nuevo apoyo


Carell y sus colegas se inspiraron en los ribosomas, que se muestran aquí traduciendo una hebra de ARN.Crédito: Omikron/Science Photo Library

Los químicos dicen que han resuelto un problema crucial en una teoría de la vida temprana, al demostrar que las moléculas de ARN pueden unir cadenas cortas de aminoácidos.

Las conclusiones, publicadas el 11 de mayo en Naturaleza1apoyan una variante de la hipótesis del “mundo del ARN”, que propone que antes de la evolución del ADN y las proteínas que codifica, los primeros organismos se basaban en hebras de ARN, una molécula que puede almacenar información genética, como A, C, secuencias de nucleósidos G y U, y actúan como catalizadores de reacciones químicas.

El hallazgo “abre vastas y fundamentalmente nuevas vías de búsqueda de la evolución química temprana”, dice Bill Martin, quien estudia la evolución molecular en la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf en Alemania.

En un mundo de ARN, según la teoría estándar, la vida podría haber existido como hebras de proto-ARN complejas capaces tanto de copiarse como de competir con otras hebras. Más tarde, estas “enzimas de ARN” podrían haber desarrollado la capacidad de producir proteínas y, en última instancia, transferir su información genética a un ADN más estable. Cómo podría suceder exactamente esto era una pregunta abierta, en parte porque los catalizadores hechos solo de ARN son mucho menos eficientes que las enzimas basadas en proteínas que se encuentran en todas las células vivas en la actualidad. “Aunque [RNA] se han descubierto catalizadores, su poder catalítico es nulo”, dice Thomas Carell, químico orgánico de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich en Alemania.

ribosoma de ARN

Al investigar este enigma, Carell y sus colaboradores se inspiraron en el papel que desempeña el ARN en la forma en que todos los organismos modernos fabrican proteínas: una hebra de ARN que codifica un gen (generalmente copiado de una secuencia de bases de ADN) pasa a través de una gran máquina molecular llamada ribosoma, que construye la proteína correspondiente, un aminoácido a la vez.

A diferencia de la mayoría de las enzimas, el ribosoma en sí está compuesto no solo de proteínas, sino también de segmentos de ARN, y estos juegan un papel importante en la síntesis de proteínas. Además, el ribosoma contiene versiones modificadas de los nucleósidos de ARN estándar A, C, G y U. Durante mucho tiempo, estos nucleósidos exóticos se han considerado posibles restos de un caldo primordial.

El equipo de Carell construyó una molécula de ARN sintético que incluía dos de estos nucleósidos modificados al unir dos piezas de ARN que se encuentran comúnmente en las células vivas. En el primero de los sitios exóticos, la molécula sintética podía unirse a un aminoácido, que luego se movía lateralmente para unirse al segundo nucleósido exótico adyacente. Luego, el equipo separó sus hebras de ARN originales y trajo una nueva, que llevaba su propio aminoácido. Estaba en la posición correcta para formar un fuerte enlace covalente con el aminoácido previamente unido a la segunda hebra. El proceso continuó paso a paso, desarrollando una cadena corta de aminoácidos, una miniproteína llamada péptido, que se unía al ARN. La formación de enlaces entre aminoácidos requiere energía, que los investigadores proporcionaron cebando los aminoácidos con varios reactivos en solución.

“Este es un hallazgo muy emocionante”, dice Martin, “no solo porque traza una nueva vía para la formación de péptidos basados ​​en ARN, sino porque también revela un nuevo significado evolutivo de las bases modificadas de ARN que ocurren naturalmente”. Los resultados apuntan a un papel importante desempeñado por el ARN en los orígenes de la vida, pero sin exigir que el ARN por sí solo sea autorreplicante, añade Martin.

Loren Williams, químico biofísico del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, está de acuerdo. “Si les origines de l’ARN et les origines des protéines sont liées et que leur émergence n’est pas indépendante, alors les mathématiques changent radicalement en faveur d’un monde ARN-protéine et loin d’un monde ARN”, dit- Él.

Para demostrar que este es un origen plausible de la vida, los científicos deben tomar varios pasos adicionales. Los péptidos que se forman en el ARN del equipo están compuestos por una secuencia aleatoria de aminoácidos, en lugar de una secuencia determinada por la información almacenada en el ARN. Carell dice que las estructuras de ARN más grandes podrían tener secciones que se pliegan en formas que “reconocen” aminoácidos específicos en sitios específicos, produciendo una estructura definida. Y algunos de estos complejos híbridos de ARN-péptido podrían tener propiedades catalíticas y estar bajo presión evolutiva para volverse más eficientes. “Si la molécula puede replicarse, tienes algo así como un mini-organismo”, dice Carell.

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