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Biological Chemistry

Cómo podrían haberse formado los primeros nucleótidos en la Tierra

Los compuestos de este modelo de estudio forman nucleótidos de manera espontánea en condiciones prebióticas

by Celia Henry Arnaud
April 27, 2016 | APPEARED IN VOLUME 94, ISSUE 18

Bloques de construcción
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Credit: Nat. Commun.
La melamina y el ácido barbitúrico forman pares de bases, que a su vez crean héxadas que se autoensamblan en un apilamiento supramolecular.

Para los investigadores que estudian los orígenes de la vida, descubrir cómo podrían haberse formado biopolímeros como el ADN y el ARN supone un enorme desafío. En el caso del ARN, el mejor candidato a ser el primer material genético, los científicos habían observado la formación de las bases y azúcares que lo constituyen reproduciendo las condiciones de un modelo terrestre primitivo. Sin embargo, demostrar cómo pudieron combinarse las bases y los azúcares para formar nucleótidos bajo las condiciones prebióticas, ha resultado ser un auténtico reto.

Actualmente, un equipo liderado por Nicholas V. Hud, del Instituto de tecnología de Georgia, ha identificado heterociclos que contienen átomos de nitrógeno en su estructura y que reaccionan espontáneamente en medio acuoso con el azúcar ribosa-5-fosfato para formar nucleótidos (Nat. Commun. 2016, DOI: 10.1038/ncomms11328).

Estos nucleótidos son capaces de formar pares de bases a través de enlaces de hidrógeno similares a los que forman los ácidos nucleicos modernos según el modelo de Watson y Crick. Estos nuevos componentes pueden incluso auto-ensamblarse formando grandes complejos apilados mediante interacciones no covalentes, que favorecerían la formación de moléculas similares al ARN.

El equipo de Hud sintetizó los nucleótidos a partir del ácido barbitúrico y la melamina, dos compuestos heterocíclicos. La reacción entre estos compuestos ya se había observado anteriormente en otro modelo prebiótico. Ambos reaccionaron con ribosa de forma espontánea con rendimientos superiores al 50%. Las bases de los ácidos nucleicos en la actualidad no se combinan con la ribosa en las mismas condiciones. “Creemos que estas bases tienen una gran probabilidad de ser prebióticas” señala Hud. “Por lo que hemos visto parece que podrían ponernos en la ruta para la fabricación de una molécula similar al ARN.” Dicha molécula podría haber evolucionado más adelante para incorporar las bases que encontramos actualmente en el ARN, concluye.

Además de formar pares de bases entre ellas, dice Hud, la melamina y el ácido barbitúrico también podrían formar enlaces de hidrógeno con las bases nucleicas modernas: la melanina con uracilo y el ácido barbitúrico con adenina. Esta “compatibilidad avanzada” podría asegurar que, a la vez que las bases evolucionaban, podrían haber retenido la habilidad para transferir información genética.

Adicionalmente, Hud y sus colaboradores encontraron que la ribosa formada con los posibles nucleótidos prebióticos, adoptaría preferiblemente la forma β-anomérica, referida a la conformación del carbono del azúcar que se enlaza a la base. Cuando los nucleótidos se apilan en complejos no-covalentes, las formaciones acaban teniendo el doble de anómero β respecto al α.

Los investigadores no saben exactamente porqué se produce esta preferencia, pero sucede tanto en la reacción inicial entre el heterociclo y la ribosa como en la formación del complejo no covalente. “Este hecho resulta muy prometedor puesto que la forma β es la utilizada por los organismos vivos” sostiene Hud. La investigación “demuestra cómo una estructura biológicamente relevante puede auto-ensamblarse espontáneamente en disolución acuosa,” comenta David W. Deamer, un especialista en los orígenes de la vida en la Universidad de California, Santa Cruz. “Un proceso similar podría haber ocurrido en el ambiente prebiótico, lo cual sería un paso importante en la formación de polímeros lineales necesarios para que se originase la vida.”

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Averiguar cómo se formaron dichos polímeros lineales es el siguiente paso para el equipo de Hud. “No tenemos la posibilidad de utilizar enzimas” apunta Hud. “Necesitamos hacer que llegue a funcionar con algo que sea prebiótico. Es un desafío, pero nos estamos acercando a la solución.”  


Traducción al español producida por Irene Maluenda Borderas de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

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