La vida en la Tierra surgió hace unos 4 mil millones de años cuando las primeras células se formaron dentro de una sopa primordial de compuestos químicos complejos y ricos en carbono.
Estas células se enfrentaron a un enigma químico. Necesitaban iones particulares de la sopa para realizar funciones básicas. Pero esos iones cargados habrían alterado las membranas simples que encapsulaban las células.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington ha resuelto este rompecabezas utilizando solo moléculas que habrían estado presentes en la Tierra primitiva. Utilizando compartimentos del tamaño de una célula y llenos de líquido rodeados de membranas hechas de moléculas de ácidos grasos, el equipo descubrió quelos aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, pueden estabilizar las membranas contra los iones de magnesio, y sus resultados preparan el escenario para que las primeras células codifiquen su información genética en el ARN, una molécula relacionada con el ADN que requiere magnesio para su producción, manteniendo la estabilidad dela membrana
Los hallazgos, publicados la semana del 12 de agosto en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , vaya más allá de explicar cómo los aminoácidos podrían haber estabilizado las membranas en ambientes desfavorables. También demuestran cómo los bloques de construcción individuales de las estructuras celulares --membranas, proteínas y ARN-- podrían haberse co-localizado dentro de ambientes acuosos en la antigua Tierra.
"Las células están formadas por tipos muy diferentes de estructuras con tipos de bloques de construcción totalmente diferentes, y nunca ha estado claro por qué se unirían de manera funcional", dijo el coautor correspondiente Roy Black, profesor afiliado de la Universidad de Washingtonde química y bioingeniería: "La suposición era que, de alguna manera, se unieron".
Black llegó a la Universidad de Washington después de una carrera en Amgen por la oportunidad de completar los detalles cruciales y faltantes detrás de ese "de alguna manera". Se unió a Sarah Keller, profesora de química de la Universidad de Washington y experta en membranas. Black había sidoinspirado por la observación de que las moléculas de ácido graso pueden autoensamblarse para formar membranas, y planteó la hipótesis de que estas membranas podrían actuar como una superficie favorable para ensamblar los bloques de construcción de ARN y proteínas.
"Puedes imaginar diferentes tipos de moléculas moviéndose dentro de la sopa primordial como pelotas de tenis borrosas y pelotas de squash que rebotan en una gran caja que está siendo sacudida", dijo Keller, quien también es coautor del artículo.Si alineas una superficie dentro de la caja con Velcro, solo las pelotas de tenis se adherirán a esa superficie y terminarán juntas. Roy tuvo la idea de que las concentraciones locales de moléculas podrían mejorarse mediante un mecanismo similar ".
El equipo demostró previamente que los componentes básicos del ARN se unen preferentemente a las membranas de ácidos grasos y, sorprendentemente, también estabilizan las membranas frágiles contra los efectos perjudiciales de la sal, un compuesto común en el pasado y el presente de la Tierra.
El equipo planteó la hipótesis de que los aminoácidos también podrían estabilizar las membranas. Usaron una variedad de técnicas experimentales, que incluyen microscopía óptica, microscopía electrónica y espectroscopía para evaluar cómo interactúan 10 aminoácidos diferentes con las membranas. Sus experimentos revelaron que ciertos aminoácidosse unen a las membranas y las estabilizan. Algunos aminoácidos incluso provocaron grandes cambios estructurales en las membranas, como la formación de esferas concéntricas de membranas, muy parecidas a las capas de una cebolla.
"Los aminoácidos no solo protegían las vesículas de la interrupción de los iones de magnesio, sino que también creaban vesículas multicapas, como membranas anidadas", dijo la autora principal Caitlin Cornell, estudiante de doctorado de la Universidad de Washington en el Departamento de Química.
Los investigadores también descubrieron que los aminoácidos estabilizaron las membranas a través de cambios en la concentración. Algunos científicos han planteado la hipótesis de que las primeras células pueden haberse formado dentro de cuencas poco profundas que pasaron por ciclos de altas y bajas concentraciones de aminoácidos a medida que el agua se evaporaba y el agua se lavabaen.
Los nuevos hallazgos de que los aminoácidos protegen las membranas, así como los resultados anteriores que muestran que los bloques de construcción de ARN pueden desempeñar un papel similar, indican que las membranas pueden haber sido un sitio para que estas moléculas precursoras se co-localicen, proporcionando un mecanismo potencialpara explicar qué reunió los ingredientes para la vida.
Keller, Black y su equipo centrarán su atención junto a cómo los bloques de construcción co-localizados hicieron algo aún más notable: se unieron entre sí para formar máquinas funcionales.
"Ese es el siguiente paso", dijo Black.
Sus esfuerzos en curso también están forjando lazos entre disciplinas en la Universidad de Washington.
"La Universidad de Washington es un lugar excepcionalmente bueno para hacer descubrimientos debido al entusiasmo de la comunidad científica para trabajar en colaboración para compartir equipos e ideas entre departamentos y campos", dijo Keller. "Nuestras colaboraciones con el Laboratorio Drobny y el LeeEl laboratorio era esencial. Ningún laboratorio podría haberlo hecho todo "
Los coautores son Gary Drobny, profesor de química de la UW; Kelly Lee, profesor asociado de química medicinal de la UW; los investigadores posdoctorales de la UW Mengjun Xue y Helen Litz en el Departamento de Química, y James Williams en el Departamento de Química Medicinal; graduado de la UWlos estudiantes Zachary Cohen en el Departamento de Química y Alexander Mileant en el Programa de Posgrado de Estructura Biológica, Física y Diseño, y los ex alumnos de pregrado de la UW Andrew Ramsay y Moshe Gordon. La investigación fue financiada por la NASA, los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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