Julio Loras Zaera

fortanete

Profesor Francho de Fortanete A la luz de la ciencia. Biología y asuntos humanos

El origen de la vida(3): Hiperciclos y un mundo de ARN

Durante un tiempo, la hipótesis de Fox dominó el panorama del estudio del origen de la vida. Pero el conocimiento del papel y de la estructura del ADN desvió la atención de los proteinoides y la dirigió a los ácidos nucleicos. Ahora se trataba de averiguar cómo pudieron formarse esos ácidos a partir de sus componentes más sencillos. Recuerdo que en los años setenta el fiel de la balanza aún no señalaba a ninguno de los dos lados y en un examen el profesor de bioquímica nos pidió una discusión sobre la cuestión. Yo contesté a favor de los proteinoides. El argumento era el siguiente: además de que no se había sintetizado aún abiogénicamente un ácido nucleico (eso pensaba yo, equivocadamente, como se verá), las proteínas tuvieron que jugar el papel fundamental en los primeros tiempos, porque eran responsables del metabolismo y porque el ADN no se replicaba sin la intervención de proteínas, lo mismo que no se transcribía sin ellas. Aunque olvidaba que el ARN se las arregla básicamente solo al traducir los genes a proteínas. No sé qué pensaba el profesor ni qué nota me puso, pero en aquel momento era una postura razonable pensar que primero fue una vida solo proteínica y los ácidos nucleicos y la fidelidad de la herencia vinieron después.

En aquellos años, las noticias científicas llegaban con mucho retraso a nuestro país, por lo menos a los estudiantes. Por entonces Leslie E. Orgel había demostrado la posibilidad de síntesis abiogénica de polinucleótidos (los ácidos nucleicos son polinucleótidos de origen biológico). Sobre un molde de polipirimidina (polinucleótido formado por nucleótidos cuya base nitrogenada es una pirimidina) había sintetizado sin enzimas polirribonucleótidos de purinas, activando los nucleótidos con residuos de imidazol, una molécula orgánica relativamente sencilla con una estructura en anillo. Sin embargo, no pudo conseguir la síntesis inversa, de polirribonucleótidos pirimidínicos. Los ácidos nucleicos son cadenas lineales de nucleótidos, cada uno de los cuales lleva una base nitrogenada. Estas bases son de dos tipos: purinas, con una estructura cíclica única, y pirimidínicas, con una estructura de doble ciclo. Es decir, Orgel consiguió la síntesis sin enzimas de polinucleótidos con bases púricas, pero no con bases pirimidínicas. Ello no obstante, sus hallazgos contribuyeron a poner la mirada en el ARN como molécula primordial.

En los años setenta, Manfred Eigen formuló la propuesta teórica de los hiperciclos. En sus detalles es complicada, pero puede comprenderse simplificando y sin terminología técnica. Se trata de lo siguiente: si hay dos o más moléculas que pueden catalizar mutuamente su replicación y esas moléculas se encuentran, en condiciones adecuadas, se producirá un hiperciclo, un ciclo en que cada molécula catalizará la replicación de otra presente en el sistema.

Por entonces ya había muchos científicos trabajando en la hipóteisis de un mundo de ARN, pero sin que se resolviera el enigma de cómo se crearían esos hiperciclos. Un avance fue el descubrimiento de los ribozimas, moléculas de ARN que catalizan reacciones en las células, como si fuesen enzimas(1). Su especificidad y su eficiencia es menor que la de los enzimas, pero el descubrimiento permitía pensar en un mundo de ARN con metabolismo, rompiendo mi objeción que daba la primacía a las proteínas por ser necesarias para que haya metabolismo.

De aquí a suponer que los primeros protoorganismos fueran sistemas de ribozimas había un paso muy pequeño, y se dio. Hoy, la mayoría de quienes investigan el origen de la vida trabajan con esta hipótesis, más allá de si consideran que hubo una “sopa primordial” o las cosas tuvieron lugar en seco, la idea de los primeros protoorganismos es la de unos sistemas constituidos por ARN.

En 2009, Tracey Lincoln y Gerald Joyce consiguieron la autorreplicación de pequeñas moléculas de ARN poniendo juntos dos ribozimas que catalizaban mutuamente su producción, consiguiendo una autorreplicación sostenida del sistema constituido por los dos ribozimas. Era la plasmación práctica de un hiperciclo de Eiden.

Hoy, la mayoría de quienes investigan el origen de la vida suponen que los primeros protoorganismos eran sistemas basados en ARN, puesto que se sabe que existen los ribozimas (metabolismo) y que moléculas de ARN son capaces de catalizar su autorreplicación.

Julio de 2020

(1) Los enzimas son catalizadores biológicos que hacen posibles las reacciones químicas en los organismos. Son proteínas y son específicos para cada tipo de reacción. Los ribozimas son cadenas cortas de ARN que también catalizan reacciones biológicas. Su especificidad y su eficiencia son menores que las de los enzimas.

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