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Moléculas autorreplicantes: la química prebiótica

Autor
Categoría
Química
Fecha de Publicación
2021/05/26
Temas
6 more properties
¿Se acuerda de las moléculas? ¿Esas figuritas súper aburridas con palitos y bolitas que nos obligaban a dibujar en el colegio?
Se supone que las bolitas representaban átomos y los palitos enlaces entre átomos: son precisamente estos enlaces lo que forman las dichosas moléculas, sustancias o sistemas —dependiendo de la intensidad del estudio en química o de aburrición que hayamos tenido en el colegio—.
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Me gustan los gatos y la química. Y qué tanto.
El asunto es que las algunos sistemas como los sólidos y los metales los átomos o moléculas dependiendo de la estructura, son tranquilas y se quedan "1-2-3-momia" y lo más que hacen es acercándose entre otras moléculas iguales para formar su estructura ordenada, como en un trozo de mineral, o más cercano a lo que conocemos como nuestro cuerpo humano, nuestras células, donde hay estructuras ordenadas que definen membranas de células y organelos. De todas formas, las moléculas muchas moléculas cuando nadie las mira, y las dejan (semi) solitas en un entorno abundante en átomos y energía, son capaces de formar otras en lo que muchos físicos e injenieros autores dicen, la autorreplicacion de estas moléculas (que es como que las moléculas se casen y esperen unos meses, para que entienda nuestro público UDI).
Uno de los ejemplos más claros es como el ADN se replica para formar ARN, que luego sirve para la formación de proteínas en nuestro cuerpo. A los Biólogos les pedimos disculpas porque todos sabemos que estas moléculas son INCAPACES de autorreplicarse solas (la generación espontánea viola todos los principios químicos y físicos del universo).
Pero digámoselo al tiro al senador ese al que le gusta copiar de Wikipedia: esto no es el levantamiento de las moléculas que se autorreplican en el nombre de la luna, solitas y violando el principio fundamental de la química, que es la ley de conservación de la materia y la energía (Lavoissier, sacúdete en tu cripta). El que indica (y se le obedece) que en este lindo planeta asolado por terremotos, huracanes y pandemias, la cantidad de átomos existentes y energía que nos rodea no puede formarse por generación espontánea como podría sugerirnos el nombre del post que a nuestro parecer es súper chori, pero puede llevar a malentendidos que rayan en la fantasía.
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Es culpa del jefe

Un poco de historia según recuerda el consejo de ancianos de Etilmercurio

Estas moléculas llamadas autorreplicantes pertenecen a la prehistoria de nuestro planeta, a una época anterior a cualquier organismo biológico, por lo que se puede decir que pertenecen a la química prebiótica de nuestro planeta. La teoría más aceptada actualmente afirma que estas moléculas se comenzaron a formar a partir de la materia que llegaba desde el espacio, dentro de lo que sabemos en la atmósfera de ciertos planetas, cometas y espacio interestelar se encuentran moléculas que poseen átomos de carbono, nitrógeno, fósforo e hidrógeno (1).
La gran mayoría de estas moléculas no posee más de cuatro átomos. Las condiciones terrestres de ese entonces eran muy hostiles según nuestros estándares actuales (2): temperaturas altísimas —casi tanto como cuidar el plinto de la plaza dignidad en verano—, mucha radiación ultravioleta, oxidación y todas las cosas nocivas que podemos imaginar —ya que en ese entonces no había una atmósfera como la actual—. Sin embargo, fueron precisamente estos factores los que permitieron que las moléculas prebióticas se comportaran como bloques de construcción de moléculas mayores: esto habría dado origen a los primeros aminoácidos, fosfolípidos, ácidos grasos y heterociclos que, finalmente, permitirían construir las estructuras más organizadas que conocemos en biología.
El primer experimento que trató esta interrogante fue el realizado por Stanley Miller (3), el padre de la química prebiótica (sin relación directa con el genio de Chamyto). En este experimento, juntó gas metano, amoníaco e hidrógeno molecular y lo sometió a descargas eléctricas, algo lejos de las condiciones terrestres en ese tiempo. ¿El resultado final? Aminoácidos(!!!!!!!!!). Miller consiguió crear aminoácidos a través de un minimodelo de la Tierra anterior a la vida. Que es como meter un montón de piezas de lego sueltas en una tormenta, y que salgan casitas tipo minecraft de resultado.
Acá les dejamos un lindo video de la serie Cosmos donde se reproduce el experimento. Ojo con el meo' estilo seventies para la ambientación y vestuario. Gentil recordatorio de que vestirse como lo dicta el último grito de la moda, pasará estas planchas cuando sus nietos revisen sus videos.
El verdadero Carl Sagan, na' de versiones ACuenta

Ya, pero cómo se autorreplican, no chamuyen

Dentro de lo que podemos llamar moléculas autorreplicantes (apuesto que este nombre lo invento un físico) el ejemplo más concreto es el ADN, el que se autorreplica mediante la acción de enzimas mediante reacciones mas complicadas. Para efectos de este post, consideraremos macromoléculas que se sintetizan de forma "natural" por procesos celulares como ARN y proteínas, porque no sé que pav@ le puso ese nombre, francamente. Químicamente hablando, la autorreplicacion no es tan así ya que se necesitan pasos de síntesis o formación complejos, y materiales de partida. No vamos a duplicar la pila de carbón para el asado solo esperando a que al carbón se le ocurra multiplicarse. Lo que sí ocurre es que las macromoléculas se formen a partir de sus unidades fundamentales como nucleótidos o aminoácidos (4).

¿Cómo se formaron?

Existen varias teorías, la más de moda es la que recoge las suposiciones de Darwin, donde consideró los primeros reactores moleculares como "pocitos calientes" ("warm little ponds") de agua, donde las condiciones imperantes en el ambiente, junto con las rocas y trozos de minerales que actuaron como catalizadores, siguiendo reacciones como las propuestas por Strecker y Butlerov[5] entre otras, dieron paso a la formación de ácidos grasos y fosfolípidos, los que comenzaron a organizarse formando vesículas lipídicas dando inicio a lo que llamamos compartimentalizacion.
Esta compartimentalizacion, o la formación de vesículas de lípidos, alcoholes de cadena larga y/o fosfolípidos, dieron origen a lo que se hoy denomina pre-metabolismo. Todas estas reacciones intrincadas, se describen en lo que se llama teoría de la evolución quimica.[6]
El mecanismo de formación de las llamadas moléculas "autorreplicantes" o bien estas moléculas formadas a partir de vías metabólicas complejas mediante la quimica prebiótica aún no está totalmente zanjado, pero sabemos que en primer lugar, es imposible que una molécula se autorreplique a lo division celular o como los gremlins, es necesario material de partida, las condiciones necesarias y un golpe de suerte para que lleguemos a tener una pseudo estructura superior y que esta siga evolucionando para llegar a lo que conocemos como ácidos nucleicos o proteínas.
Esto del origen de los sistemas biológicos (aka. aminoácidos, proteínas, ADN, células) como los conocemos actualmente es un tema fascinante que nos interesa como químicos, físicos y biólogos, así como toda teoría que se está determinando de forma mas o menos "reciente" hay que esperar como se va desarrollando la cosa con paciencia y evitar caer en titulares supercalifragilisticos y rimbombantes. De todas formas, para aclarar dudas, en etilmercurio (ehhhhhh!) estamos para servirlos. * Aplausos *

Referencias

1.
Cleaves, H.J. Prebiotic Chemistry: What We Know, What We Don't. Evo Edu Outreach 5, 342–360 (2012). https://doi.org/10.1007/s12052-012-0443-9
2.
Herrera, B. Bicubico es del Pleistoceno, J. Se Sabe, 1, 2-3, 14 (2021)
3.
Parker, E. T., Cleaves, J. H., Burton, A. S., Glavin, D. P., Dworkin, J. P., Zhou, M., Bada, J. L., Fernández, F. M. Conducting Miller-Urey Experiments. J. Vis. Exp. (83) e51039 doi:10.3791/51039 (2014).
4.
Laos, R. y Benner, S. El origen de la vida y la primera molécula capar de replicarse a si misma. Revista de Química PUCP 28, 24-33 (2014). http://revistas.pucp.edu.pe/quimica
5.
Orgel, L. E. Self-organizing biochemical cycles. Proc. Nat. Ac. Sci. 97 23 12503-12507 (2000) https://doi.org/10.1073/pnas.220406697
6.
Ruiz-Mirazo, K., Briones, C. and de la Escosura, A Chem. Rev. 114 1 285-366 (2014) https://doi.org/10.1021/cr2004844