Se ha trabajado mucho para determinar si los bloques de construcción de las actuales moléculas biológicas podrían haber sido sintetizados a principios de la historia de la Tierra. Se han encontrado aminoácidos y ácidos grasos en meteoritos que sugieren esta posibilidad. La atmósfera primitiva de la Tierra habría tenido poco oxígeno, por lo que la mayoría de los componentes deberían haber sido reducidos. Probablemente estaba formada por metano, amoníaco, hidrógeno y agua, similar a las atmósferas de otros planetas de nuestro sistema solar. La composición de la atmósfera primitiva sigue siendo controvertida. En 1953 (el mismo año en que Watson y Crick publicaron la estructura del ADN de doble cadena), Stanley Miller demostró que las descargas eléctricas (para simular un rayo) en una atmósfera reductora sobre un «mar simulado» producían muchos aminoácidos. De este modo se han producido hasta 11 aminoácidos diferentes, además de las purinas y pirimidinas (que requerían mezclas de reacción concentradas) necesarias para los ácidos nucleicos. La adenina puede producirse simplemente mediante la reacción de cianuro de hidrógeno y amoníaco en una solución acuosa. Otras bases de ácidos nucleicos pueden fabricarse con cianuro de hidrógeno, cianógeno (C2N2) y cianoacetileno (HC3N).
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No surgen polímeros complejos a través de estas reacciones. Sin embargo, en 2004, Lehman, Orgel y Ghadiri pudieron demostrar que en presencia de disulfuro de carbono, un gas descargado de los volcanes, se producían homopéptidos y heteropéptidos. Los péptidos anfifílicos pueden incluso catalizar su propia formación a partir de fragmentos peptídicos, si éstos se activan. Los fragmentos se unirían al péptido «plantilla» más grande a través de acciones no polares de las cadenas laterales que están orientadas a lo largo de una cara de los ejes helicoidales. Si los fragmentos se unen de forma que el extremo electrófilo sea adyacente al extremo nucleófilo del otro fragmento peptídico, se produce la condensación de los dos fragmentos peptídicos. El péptido molde más grande actúa como una plantilla (efectivamente como una «enzima») orientando los dos fragmentos para la reacción química y aumentando efectivamente su concentración local. La reacción de los fragmentos unidos es esencialmente intramolecular. La reacción incluso procede con la amplificación de la homociralidad.
¿Podrían los aminoácidos prebióticos haberse polimerizado en una proteína que pudiera plegarse de forma similar a las proteínas modernas? Esa pregunta ha sido abordada recientemente por Longo et al (2013). Se preguntaron si los aminoácidos encontrados en la mezcla de síntesis prebiótica de tipo Miller y en los cometas/meteoros (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr y Val), un conjunto restringido (10) en comparación con los 20 aminoácidos actuales de origen natural, podrían formar un polímero que pudiera plegarse. Nótese que este conjunto reducido de aminoácidos carece de aminoácidos aromáticos y básicos. Estas proteínas serían ácidas con un pI bajo y podrían tener problemas, dada la falta de aminoácidos aromáticos no polares, para formar un núcleo hidrofóbico enterrado que estabilice las proteínas. No obstante, Longo et al lograron sintetizar una proteína con un conjunto de aminoácidos ligeramente ampliado (12, incluyendo Asn y Gln, con un 70% de aminoácidos prebióticos). La estructura de una de las proteínas, PV2, se muestra a continuación. La proteína era más estable en 2 M de NaCl (en comparación con 0,1 M), en el que mostraba una desnaturalización térmica cooperativa con un punto de fusión cercano a los 650C mediante calorimetría diferencial de barrido. La proteína tenía propiedades similares a las de los organismos halófilos que prosperan en la sal alta. Estas propiedades incluyen una baja pI y una alta densidad de carga negativa, que permite las interacciones catión-proteína en el entorno de alta salinidad, y una menor estabilidad en entornos de baja salinidad. Los océanos anteriores eran más salados. Los halófilos son un ejemplo de extremófilos que están muy representados en la arquea. Aunque la mayoría de los halófilos son aerobios, algunos son anerobios. Quizás la vida surgió en ambientes muy salados.
Figura: Estructura de la proteína PV2 compuesta por un alfabeto reducido de aminoácidos principalmente prebióticos.
Entrevista con Stanley Miller
Contribuidores
- Profesor Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)