EL ORGIEN DE LA VIDA SÍNTESIS ABIÓTICA DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS 1. Síntesis en una atmósfera reducida 2. Impacto de meteoritos 3. Síntesis sobre sulfuros metálicos en grietas del fondo oceánico
PRIMERAS FORMAS BIOLÓGICAS 1. ARN 2. Formas más simples que precedieron al ARN
DATOS ACEPTADOS Origen de la Tierra: 4.500 millones de años Origen de la vida: 3.800 millones de años - Microfósiles de organismos con morfología similar a las algas verde-azuladas actuales datan de hace 3.500 millones de años. La vida, ¿se originó en la Tierra o llegó a la Tierra desde algún punto de la galaxia? La vida comenzó de novo en la Tierra.
DATOS ACEPTADOS Todos los organismos modernos descienden
de un antecesor común. - Vivió hace 3.200-3.800 millones de años - Complejidad comparable a la de las bacterias modernas
- ¿Cómo surgió el antecesor común a partir de los componentes abióticos?
SÍNTESIS ABIÓTICA DE PEQUEÑAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS TRES POSIBLES HIPÓTESIS: Síntesis en una atmósfera reducida Impacto de meteoritos Síntesis sobre sulfuros metálicos en grietas
del fondo oceánico
1. SÍNTESIS EN UNA ATMÓSFERA REDUCIDA Experimentos de
Urey-Miller: - Mezcla de metano, amonio e hidrógeno. - Descarga eléctrica. Modelo de síntesis prebiótica de aminoácidos por acción de un rayo
Obtención de otras moléculas biológicamente importantes a partir de una mezcla de gases reducida
Primer paso del origen de la vida en la Tierra: Formación de una sopa prebiótica (compuestos orgánicos disueltos en medio acuoso)
Estudios recientes: - Atmósfera primitiva nunca tuvo un carácter altamente reducido - ¿Estudios de Miller y otros estudios de química prebiótica son irrelevantes?
2. IMPACTO DE METEORITOS Condritas carbonáceas:
- Carbono orgánico - Aminoácidos y bases de ácidos nucleicos La sopa prebiótica se habría originado en
material orgánico preformado que llegó a la Tierra por medio de meteoritos y cometas.
¿El material orgánico preformado podría
resistir la elevada temperatura asociada a la entrada de grandes cuerpos en la atmósfera y la posterior colisión con la superficie de la Tierra? Cálculos teóricos: - Composición y densidad de la atmósfera - Tamaño de los meteoritos
3. SÍNTESIS SOBRE SULFUROS METÁLICOS EN GRIETAS DEL FONDO OCEÁNICO
Puntos en los que agua a elevadísima temperatura y rica en iones metálicos de transición y ácido sulfhídrico se mezcla bruscamente con el agua fría del océano.
Sitios con alta actividad biológica.
Sulfuro hierro (II) + Ácido sulfhídrico Pirita + Hidrógeno + Energía Energía: Reducción de dióxido de carbono a moléculas capaces de albergar el origen de la vida. No hubo sopa prebiótica
FeS + NiS Reducción de monóxido de carbono Monóxido de carbono: presente en grandes cantidades en los gases que salen desde las grietas del fondo oceánico Sulfuros metálicos: catalizan la síntesis de alta variedad de moléculas orgánicas a partir del monóxido de carbono
EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS AUTORREPLICATIVOS Fuente de las moléculas orgánicas
prebióticas. Evolución de un sistema autorreplicativo. ¿ARN fue el primer material genético o fue precedido por uno o varios materiales genéticos más sencillos?
1. ARN COMO PRIMER MATERIAL GENÉTICO Mundo ARN desarrollado de novo:
Fuente abiótica de nucleótidos Cadena de ARN catalizan la síntesis de su cadena complementaria a partir de monómeros de ARN Oxidación-reducción, metilación, síntesis de oligosacáridos, etc., formaron parte del mundo de ARN antes de la síntesis de proteínas
-Material genético ARN - Catalizador síntesis de nucleótidos
Se desconoce: - Complejidad mundo RNA - Rango de reacciones catalizadas por ribozimas
Experimentos Ferris: Unión de monómeros de RNA usando como catalizador un tipo de arcilla, la montmorillonita. Uso
de minerales como adsorbentes y catalizadores permitirían la acumulación de oligonucleótidos una vez que hubiera disponibles monómeros activos.
Unión mononucleótidos sobre montmorillonita (u
otros minerales). Moléculas de ARN bicatenario. Disociación de una de las cadenas con actividad ARN-polimerasa. Cadena con actividad ARN-polimerasa copia su cadena complementaria. Obtención 2ª molécula ARN-polimerasa. 2ª ARN-polimerasa copia 1ªARN-polimerasa para producir la segunda cadena complementaria.
El mundo ARN podría haber surgido a partir de un grupo de nucleótidos
Formación de nucleótidos 1. Formaldehído Azúcares Mezcla compleja en la que la ribosa es un componente minoritario. 2. Base nitrogenada + Azúcar Nucleósido No se ha conseguido en condiciones prebióticas. 3. Fosforilación de nucleósidos. Mezcla compleja de productos.
2. MATERIAL GENÉTICO MÁS SENCILLO Y PREVIO AL RNA Sistemas de información Análogos de ácidos nucleicos Análogos de ácidos nucleicos: - Ribosa reemplazada por otro azúcar. - Forma furanosa de la ribosa reemplazada por forma piranosa.
Análogos de ácidos nucleicos 1)Polinucleótidos con el isómero piranosil de la ribosa (p-ARN): - Doble hélice más estable que ARN. - Hélices se enrollan de modo más gradual. Las
cadenas se separan más fácilmente durante la replicación. - Dobles hélices de p-ARN estructuralmente incompatibles con las formadas por ADN y ARN. Por lo tanto, p-ARN no habría sido capaz de intercambiar información con el ARN: Antecesor de ARN poco probable.
esqueleto con grupos amida. - Doble hélice muy estable. - Monómeros de ANP ciclan cuando están activos, lo que harían muy difícil la unión de estos monómeros en condiciones prebióticas. Se puede transferir información desde el ANP
al ARN
Complejidad de moléculas fácilmente sintetizadas bajo las condiciones de la Tierra primitiva
Moléculas con capacidad de contener información y replicarse
METABOLISMO ANTES QUE GENÉTICA Metabolismo antes que genética Serie de reacciones pudo tener lugar en ausencia de un polímero genético y, por tanto, que primer polímero genético probablemente apareció en un ambiente bioquímico ya especializado RNA precedido por un sistema más simple
CONCLUSIONES Varias teorías sobre el origen de la materia
orgánica.
No hay evidencias suficientes para aceptar una de ellas de modo definitivo.
Varios escenarios alternativos pueden
explicar la evolución de entidades autorreplicativas a partir de materia orgánica prebiótica.