Polimerización, ARN, proteínas y membranas

Algunas biomoléculas sencillas pudieron experimentar reacciones de polimerización y formar polímeros necesarios para el origen de la vida: los aminoácidos darían lugar a pequeñas cadenas proteicas, y los nucleótidos, a pequeños fragmentos de ácidos ribonucleicos (ARN). Estas moléculas tienen la capacidad de:

➜ Almacenar información genética (se comportan como genes).

➜ Manifestar actividad enzimática (las ribozimas) y catalizar determinadas reacciones, lo que constituye la base del metabolismo.

➜ Autorreplicarse y originar copias idénticas, fundamento de la reproducción.

Se pudieron formar fosfolípidos, que se autoensamblaron para formar bicapas y se convirtieron en vesículas membranosas capaces de diferenciar el medio acuoso interno del ambiente externo.

Polimerización

La polimerización pudo ser protegida de la degradación por la acción catalítica de las superficies minerales, localizadas en el fondo de los mares primitivos y calentadas por manantiales termales:

➜ La estructura en capas de las arcillas (zeolita) ofrece una enorme superficie de adsorción donde se fijan los nucleótidos, y presenta iones metálicos que pudieron actuar como centros catalíticos para la síntesis y polimerización de moléculas como el ARN.

13. A Elvira le gusta conversar de ciencia con su amigo Gerardo. Pero casi nunca están de acuerdo: Elvira sugiere que las protocélulas primitivas contenían ADN, mientras que Gerardo afirma que poseían ARN, porque tiene una capacidad que no tiene el ADN.

¿Quién lleva razón y cuál es esa capacidad de la que hablan?

➜ Las superficies rugosas de los feldespatos poseen pequeñas cavernas que podrían albergar moléculas orgánicas y protegerlas de las radiaciones destructivas.

¿Cómo se organizaron las protocélulas?

Los polímeros sintetizados se ensamblaron y originaron protocélulas, formadas por vesículas membranosas de agua con moléculas de ARN autorreplicantes en su interior y capacidad enzimática. Estas protocélulas desarrollaron un metabolismo rudimentario y evolucionaron a células vivas.

Algunos investigadores proponen que lo que emergió en primer lugar dentro de la protocélula fue el metabolismo; otros afirman que fue el ARN autorreplicante (el «gen»).

Si la Tierra se formó hace unos 4 600 Ma y la vida emergió en nuestro planeta hace unos 3 800 Ma, ¿qué crees que pudo ocurrir en este viaje de 700 Ma que convirtió las moléculas orgánicas en células vivas?

A continuación, se muestra una propuesta de cómo pudieron evolucionar las protocélulas basadas en el ARN hasta formar las células vivas.

1. La sopa primordial se enriquecería con la materia orgánica sintetizada a partir de los gases de las nubes interestelares, transportada en cometas, meteoritos y polvo cósmico (1a), y con las aportaciones procedentes de los gases atmosféricos (1b) y de las fuentes hidrotermales (1c).

2. Probablemente, tras la síntesis abiótica y la polimerización, el ARN de las protocélulas experimentara mutaciones y comenzara el proceso evolutivo: el ambiente seleccionaría a los mutantes más aptos.

3. Algunas mutaciones convertirían moléculas de ARN en ribozimas con capacidad catalítica para realizar la replicación de la doble hebra del ARN.

4. Otras ribozimas catalizarían reacciones bioquímicas para un desarrollo gradual del metabolismo, hasta que las células pudieron nutrirse de los materiales de su entorno, y obtener energía para la síntesis de nuevos componentes celulares.

5. Un grupo de ribozimas sería capaz de traducir la información genética contenida en las secuencias de nucleótidos del ARN y sintetizaría proteínas (enzimas), dotadas de una gran versatilidad y capacitadas para desarrollar numerosas tareas, como la catálisis enzimática.

7. Un grupo de enzimas se especializarían en la tarea de sintetizar la doble hélice del ADN, una molécula más estable, que con el tiempo sustituiría al ARN en la tarea de almacenar la información genética.

6. Las enzimas están más cualificadas para la catálisis, por lo que sustituirían progresivamente a las ribozimas en las tareas metabólicas.

8. El aumento de la complejidad permitió que, en algún momento, surgieran las primeras células vivas de organización procariota.