Las células vivas son sistemas bioquímicos que constantemente realizan reacciones químicas. Una de las consecuencias importantes de estas reacciones químicas es la capacidad de una célula viva para replicarse. Las células hijas también realizarán constantemente reacciones químicas.
Desde una perspectiva evolutiva, las células nuevas siempre surgen de las viejas a través de la división celular. La primera célula en la Tierra premordial debe estar realizando rápidamente reacciones químicas para poder replicarse. Una gran cantidad de productos bioquímicos debe haberse agregado por alguna razón para formar la primera célula y comenzar las reacciones químicas.
Un efecto importante de las reacciones químicas altamente orquestadas dentro de una célula viva es que se mantiene el orden biológico, a expensas de una mayor entropía en su entorno. Sin embargo, esta observación es un efecto de la organización y actividades celulares, no la causa.
Siento que la termodinámica es importante para explicar cómo una serie de bioquímicos se unieron en primer lugar para organizar la célula más temprana, y cómo estos bioquímicos comenzaron a participar en reacciones químicas altamente orquestadas. Entonces, ¿cuál es la teoría exacta?
Sobre cómo la vida surgió de la nada, el experimento Miller-Urey demuestra cómo en las condiciones primordiales de la Tierra, una chispa en la atmósfera (análoga a un rayo) podría haber iniciado la síntesis de muchos de los mismos aminoácidos (y aminas) que la vida usa hoy.
Mi entendimiento fue que la chispa rompió algunos enlaces entre los gases (y el vapor de agua) en el aire, permitiendo que los átomos se vuelvan a unir en nuevas combinaciones para formar aminoácidos.
Aquí hay una memoria biográfica de 25 páginas de la NAS sobre Stanley Miller , la página 3 es donde comienzan a discutir este experimento. Miller publicó este experimento a principios de la década de 1950, en el que identificó 5 aminoácidos. Sin embargo, la NASA y otros revisaron el mismo experimento y descubrieron que Miller no había informado sobre los aminoácidos presentes, como resultado del equipo limitado disponible en ese momento. Han encontrado 14 aminoácidos y 5 aminas. Los viales de Miller de un experimento no publicado de naturaleza similar produjeron 22 aminoácidos.
Además, se han encontrado aminoácidos en meteoritos, lo que sugiere que son capaces de síntesis espontánea.
Se sabe mucho menos sobre esto, ya que todavía lo estamos investigando. No solo esto, sino que actualmente hay varias teorías diferentes.
Tenga en cuenta que el Dogma central de la biología molecular describe el flujo genético como ADN—> ARN—> PROTEÍNA.
La razón por la que existen diferentes teorías (y tantos modelos dentro de ellas) en torno a la transición de la química a la biología (CTB) no radica en qué monómero es más probable que se sintetice espontáneamente, sino que es casi literalmente una gallina y el -situación del huevo. Todo es precursor de todo.
Proteína primero
Dado que los aminoácidos son los monómeros de las proteínas, es una posibilidad probable (y simple) que una reacción espontánea uniera los aminoácidos en el orden y la configuración correctos para crear la primera proteína que permitió la vida. La función de esta proteína probablemente podría ser polimerizar/alargar las cadenas de aminoácidos en proteínas.
Esta teoría está respaldada y demostrada por este estudio, que sugiere que la primera "proteína" catalizó el alargamiento y el plegado adecuado de otras cadenas de aminoácidos, incluida la creación de más copias de sí misma. El 0,3 % de las posibles permutaciones de secuencias de monómeros dan a una "proteína" la capacidad de elongación descrita, que aunque pequeña, es una posibilidad emocionante teniendo en cuenta la edad de la Tierra y la línea de tiempo de la vida. Además, la formación de polipéptidos no requiere tanta precisión como la síntesis de ARN, ya que las características especuladas de las proteínas y los aminoácidos concuerdan con el modelo informático que muestra el estudio.
Aunque esta teoría parece contradecir el dogma central, debemos tener en cuenta que, termodinámicamente, las reacciones que ocurrieron en los orígenes de la vida fueron espontáneas, por lo que el "patrón" de flujo genético presente en la mayoría de los seres vivos podría no ser un indicador directo de "lo que sucedió". primero." Esto está respaldado por la existencia de priones (proteínas patógenas) y el hecho de que los organismos simples no siempre usan ARNm para sintetizar proteínas (alternativamente, usan "sintetasas peptídicas no ribosómicas").
La limitación de los modelos de proteína primero es que las proteínas en realidad no “trabajan hacia atrás” en el ARN. Aunque los ácidos nucleicos contienen componentes de aminoácidos de su biosíntesis, son moléculas bastante diferentes.
Algunos modelos sugieren esta primera teoría de la proteína, ASÍ COMO una primera teoría del ARN (ver más abajo). La idea es que la autorreplicación de moléculas biológicas comenzó con proteínas, pero la "vida" basada en ácidos nucleicos también evolucionó por separado. La autorreplicación del ARN probablemente tomó más tiempo en alcanzarse, pero superó la "vida" de la proteína, lo que explica la vida actual y proporciona una explicación para la limitación anterior.
Los organismos pueden “captar” otros organismos e incorporarlos a sus propias células. 2 ejemplos generalizados comúnmente citados incluyen orgánulos, mitocondrias y cloroplastos, ambos pensados originalmente para ser procariotas independientes.
El ARN primero (también conocido como La hipótesis del mundo del ARN)
Algunas teorías sugieren que el ARN vino antes que las proteínas funcionales. De hecho, esta ha sido la teoría de facto, porque no teníamos ningún mecanismo para explicar cómo las proteínas podrían autorreplicarse, algo que se ha demostrado recientemente. Además, esto sigue el dogma central y explicaría no solo la síntesis de proteínas de desarrollo sino también el almacenamiento de información genética (este último no puede explicarse directamente solo con la teoría de la proteína primero).
Una idea detrás de esto es que parte del ARN pudo sintetizar automáticamente las primeras enzimas replicantes de ARN. Esto suena como un catch-22, pero este estudio encontró que algunas hebras de ARN cuando se unen pueden crear una enzima que se replica a sí misma : la composición química literal de esta enzima son oligonucleótidos de ARN. Sin embargo, estos fragmentos de ARN en el laboratorio se tomaron de ribozimas existentes, por lo que pueden no ser un indicador preciso de las primeras enzimas creadas espontáneamente.
Las limitaciones de y solo el modelo de ARN primero se derivan del hecho de que actualmente los procesos de síntesis/replicación de ARN son detallados, intrincados y frágiles. Las posibilidades de que solo las reacciones espontáneas creen este proceso parecen minúsculas (aunque, como se mencionó anteriormente, la vida tardó MUCHO tiempo en desarrollarse).
Hasta hace poco, otra limitación citada se refería al hecho de que ningún organismo conocido replica el ARN. Sin embargo, algunos virus logran codificar proteínas replicadas por ARN y (como se mencionó anteriormente) la capacidad de autorreplicación del ARN se ha descubierto recientemente, ya sea en un entorno de laboratorio.
Otras teorías
La última teoría principal debatida se refiere al metabolismo.. Esta idea sugiere que los procesos metabólicos ocurrieron antes de la primera forma de vida, ya que muchos procesos metabólicos conocidos hoy en día sintetizan aminoácidos y ácidos nucleicos a partir de sustancias químicas en nuestra dieta (cómo nuestro cuerpo fabrica los componentes básicos). Sin embargo, una gran parte de lo que hace posible el metabolismo hoy en día es impulsado por enzimas, que son proteínas. Debido a esto, todos estos procesos tendrían que reducir drásticamente su velocidad para imitar las reacciones espontáneas en condiciones primordiales, y además de eso, tendría que haber una explicación de cómo ocurrirían las reacciones energéticamente desfavorables en el metabolismo. La mayoría de estas reacciones energéticamente desfavorables en el metabolismo actual cosechan la energía potencial en el ATP, que por lo general es trifosfato de adenosina. La molécula de adenosina también se utiliza como una de las bases de los ácidos nucleicos,
Los aminoácidos primordiales (que no se han retenido en la vida actual) que sirven como los primeros bloques de construcción ocultos de la vida no son una teoría poco común. Sin embargo, este concepto rara vez se encuentra solo; por lo general, contribuye a las teorías de proteína primero o ARN primero.
Las teorías de proto-ARN proponen una molécula de "trampolín" desconocida como el ARN. La evidencia de esto inherentemente será limitada.
Algunas ideas citan un meteorito o una roca espacial en la que había vida presente que chocó con la Tierra, transfiriendo la vida a la Tierra.
Una vez que se han establecido la autorreplicación Y la traducción (proteína de ARN), la evolución darwiniana puede explicar el resto.
Recursos adicionales
Cómo surgió la estructura en la sopa primordial (Quantamagazine)
La primera molécula de la vida fue proteína, no ARN, sugiere un nuevo modelo (Quantamagazine)
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