Los conjuntos sin membrana de moléculas cargadas positiva y negativamente pueden unir moléculas de ARN en gotas líquidas densas, permitiendo que los ARN participen en reacciones químicas fundamentales. Estos conjuntos, llamados "coacervados complejos", también mejoran la capacidad de algunas moléculas de ARN.para actuar como enzimas: moléculas que impulsan las reacciones químicas. Lo hacen concentrando las enzimas de ARN, sus sustratos y otras moléculas necesarias para la reacción. Los resultados de las pruebas y la observación de estos coacervados proporcionan pistas para reconstruir algunos de los primeros pasos.requerido para el origen de la vida en la Tierra en lo que se conoce como el "mundo de ARN" prebiótico. Un artículo que describe la investigación, realizado por científicos de Penn State, aparece el 30 de enero de 2019 en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Estamos interesados en cómo pasar de un mundo sin vida a uno con vida", dijo Philip C. Bevilacqua, distinguido profesor de química y de bioquímica y biología molecular en Penn State y uno de los autores principales delpapel ". Uno puede imaginar muchos pasos en este proceso, pero no estamos viendo los pasos más elementales. Estamos interesados en un paso un poco más tarde, para ver cómo las moléculas de ARN podrían formarse a partir de sus componentes básicos y si esos ARNlas moléculas podrían conducir las reacciones necesarias para la vida en ausencia de proteínas "
La vida tal como la conocemos hoy generalmente requiere material genético: ADN, que primero se transcribe en ARN. Estas dos moléculas transportan información para la producción de proteínas, que a su vez son necesarias para la mayoría de los aspectos funcionales de la vida, incluida la producción denuevo material genético. Esto crea un dilema de "la gallina y el huevo" para los orígenes de la vida en la Tierra primitiva. Se requiere ADN para producir proteínas, pero se requieren proteínas para producir ADN.
"El ARN, o algo similar, ha sido considerado como una clave para resolver este dilema", dijo Raghav R. Poudyal, becario postdoctoral de Simons Origins of Life en Penn State y primer autor del artículo ". Las moléculas de ARN llevaninformación genética, pero también pueden funcionar como enzimas para catalizar las reacciones químicas necesarias para la vida temprana. Este hecho ha llevado a la noción de que la vida en la Tierra pasó por una etapa en la que el ARN desempeñó un papel activo para facilitar las reacciones químicas: "el ARNMundo ", donde las moléculas de ARN autorreplicantes transportaban la información genética y realizaban funciones que ahora generalmente realizan las proteínas".
Otra característica común de la vida en la Tierra es que está compartimentada en células, a menudo con una membrana externa, o en compartimentos más pequeños dentro de las células. Estos compartimentos aseguran que todos los componentes para las reacciones químicas de la vida estén al alcance, pero enel mundo prebiótico, los componentes básicos para el ARN, o las enzimas de ARN necesarias para impulsar las reacciones químicas que podrían llevar a la vida, probablemente habrían sido escasos, flotando en la sopa primordial.
"Puede pensar en estas enzimas de ARN como un automóvil que se produce en una línea de ensamblaje", dijo Poudyal. "Si no tiene las piezas en el lugar correcto en la fábrica, la línea de ensamblaje no funciona. Sincoacervados, las partes necesarias para las reacciones químicas son demasiado diluidas y es poco probable que se encuentren, pero dentro de los coacervados, todas las partes que la enzima necesita para funcionar están cerca ".
Por lo tanto, los investigadores analizaron una variedad de materiales que pueden haber existido en la Tierra antes de la vida que pueden formar coacervados, protocélulas sin membrana, y luego permitieron funciones críticas como secuestrar los bloques de construcción de ARN y reunir las enzimas de ARN y susobjetivos.
"Anteriormente se sabía que las moléculas de ARN pueden ensamblarse y alargarse en soluciones con altas concentraciones de magnesio", dijo Poudyal. "Nuestro trabajo muestra que los coacervados hechos de ciertos materiales permiten que este ensamblaje de ARN mediado por plantilla no enzimático ocurra incluso enla ausencia de magnesio "
Los coacervados están compuestos de moléculas cargadas positivamente llamadas poliaminas y polímeros cargados negativamente que se agrupan para formar compartimentos sin membrana en una solución. Las moléculas de ARN cargadas negativamente también son atraídas por las poliaminas en los coacervados. Dentro de los coacervados, las moléculas de ARN son tantocomo 4000 veces más concentrado que en la solución circundante. Al concentrar las moléculas de ARN en los coacervados, es más probable que las enzimas de ARN encuentren sus objetivos para impulsar reacciones químicas.
"Aunque todas las poliaminas que probamos pudieron participar en la formación de gotitas ricas en ARN, diferían en su capacidad para soportar el alargamiento de ARN", dijo Christine Keating, profesora de química en Penn State y autora principal del artículo."Estas observaciones nos ayudan a comprender cómo el entorno químico dentro de los diferentes compartimentos sin membrana puede afectar las reacciones de ARN".
"Aunque no podemos mirar atrás para ver los pasos exactos tomados para formar la primera vida en la Tierra, las coacervaciones como las que podemos crear en el laboratorio pueden haber ayudado al facilitar reacciones químicas que de otra forma no hubieran sido posibles"dijo Poudyal.
Además de Bevilacqua, Poudyal y Keating, el equipo de investigación en Penn State incluye a Rebecca M. Guth-Metzler, Andrew J. Veenis y Erica A. Frankel. La investigación fue apoyada por la Fundación Simons y la NASA.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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