La hipótesis del amiloide: reescribiendo la historia del origen de la vida

SciTechDaily

El surgimiento original del concepto del arte de la vida.

Una nueva investigación explora cómo los amiloides, formados en las condiciones primitivas de la Tierra y capaces de unirse al ARN y al ADN, desempeñaron un papel clave en el surgimiento de la vida al aumentar la estabilidad molecular y promover la cooperación por encima de la competencia.

La cuestión de cómo surgieron los organismos vivos a partir de la materia no viva es uno de los misterios más profundos de la ciencia. A pesar de varias teorías, la explicación definitiva sigue siendo difícil de alcanzar. Teniendo en cuenta que estos acontecimientos ocurrieron hace tres o cuatro mil millones de años, esto no es inesperado dadas las condiciones antiguas drásticamente diferentes de la Tierra.

Justificar hipótesis con datos empíricos.

«Durante este vasto período, la evolución ha borrado por completo las huellas que conducían al origen de la vida», afirma Roland Rieck, profesor de química física y director asociado del nuevo Centro interdisciplinario para el origen y la prevalencia de la vida de la ETH Zurich. La ciencia no tiene más remedio que formular hipótesis y justificarlas lo más exhaustivamente posible con datos empíricos.

Durante años, Rieke y su equipo han estado persiguiendo la idea de que los agregados similares a proteínas conocidos como amiloides pueden haber desempeñado un papel importante en la transición entre la química y la biología. El primer paso del grupo de investigación de Reich fue demostrar que tales amiloides podían crearse con relativa facilidad en las condiciones que probablemente prevalecían en la Tierra primitiva: en el laboratorio, todo lo que se necesitaba era un poco de gas volcánico (además de habilidades experimentales y mucho de paciencia. ) por simple

Aminoácidos
Los aminoácidos son un grupo de compuestos orgánicos que se utilizan para formar proteínas. Hay alrededor de 500 aminoácidos naturales, aunque sólo 20 se encuentran en el código genético. Las proteínas constan de una o más cadenas de aminoácidos llamados polipéptidos. La secuencia de la cadena de aminoácidos hace que el polipéptido se pliegue hasta adoptar una forma biológicamente activa. Las secuencias de aminoácidos de las proteínas están codificadas en genes. Se conocen nueve aminoácidos proteinogénicos. "básico" Para los humanos porque el cuerpo humano no puede producirlos a partir de otros compuestos y, por lo tanto, deben tomarse como alimento.

» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Aminoácidos para ensamblarse en cadenas peptídicas cortas, que luego se ensamblan espontáneamente en fibras.

Moléculas precursoras de la vida.

Más tarde, el equipo de Reich demostró que los amiloides pueden replicarse a sí mismos, lo que significa que las moléculas cumplen otro criterio crítico para ser consideradas moléculas precursoras de la vida. Y ahora los investigadores han tomado el mismo camino por tercera vez con su último estudio, en el que demuestran que los amiloides son capaces de unirse con moléculas de ambos.

ARN
El ácido ribonucleico (ARN) es una molécula polimérica similar al ADN que es esencial en diversas funciones biológicas en la codificación, decodificación, regulación y expresión de genes. Ambos son ácidos nucleicos, pero a diferencia del ADN, el ARN es monocatenario. Una cadena de ARN tiene una columna vertebral formada por grupos alternos de azúcar (ribosa) y fosfato. Unida a cada azúcar hay una de cuatro bases: adenina (A), uracilo (U), citosina (C) o guanina (G). En la célula existen diferentes tipos de ARN: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt).

» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>ARN Y

ADN
El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es una molécula compuesta por dos largas hebras de nucleótidos que se retuercen entre sí para formar una doble hélice. Es el material genético de los humanos y de casi todos los demás organismos el que contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo, funcionamiento, crecimiento y reproducción. Cada célula del cuerpo de una persona contiene el mismo ADN. La mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo de la célula (donde se llama ADN nuclear), pero también se encuentra una pequeña cantidad de ADN en las mitocondrias (llamada ADN mitocondrial o ADNmt).

» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>ADN.

Estas interacciones se basan en parte en la atracción electrostática, ya que algunos amiloides están, al menos en algunos lugares, cargados positivamente, mientras que el material genético está cargado negativamente y es neutro al menos en un ambiente ácido. Sin embargo, Rick y su equipo notaron que las interacciones también dependían de la secuencia de nucleótidos de ARN y ADN en el material genético. Esto significa que pueden representar una especie de precursor del código genético universal que une a todos los seres vivos.

Una ventaja importante es una mayor estabilidad.

Y sin embargo: «Aunque vemos diferencias en cómo las moléculas de ARN y ADN se unen a los amiloides, todavía no entendemos qué significan estas diferencias», afirma Reich. «Nuestro modelo probablemente sea todavía demasiado simple». Por eso considera especialmente importante otro aspecto de los resultados: cuando el material genético se une a los amiloides, ambas moléculas ganan estabilidad. En la antigüedad, esta mayor estabilidad resultó ser una gran ventaja.

Porque entonces, en la llamada sopa primordial, las moléculas bioquímicas son muy débiles. A diferencia de las células biológicas actuales, estas moléculas están muy juntas. «Los amiloides tienen la capacidad de aumentar la concentración local y el orden de los nucleótidos en un sistema desordenado», escriben los investigadores de Reich en su artículo publicado recientemente.

Rick señala que aunque la competencia era central en la teoría de la evolución de Darwin, la cooperación jugó un papel evolutivo importante. Ambas clases de moléculas se benefician de las interacciones estabilizadoras entre los amiloides y las moléculas de ARN o ADN porque las moléculas de larga vida se acumulan con más fuerza con el tiempo que las sustancias inestables. La cooperación molecular más que la competencia fue un factor crítico en el surgimiento de la vida. «Por aquel entonces no había escasez de espacio ni de recursos», afirma Rike.

Referencia: Saroj K. Raut, Ricardo Cadalbert, Nina Schroeder, Julia Wang, Johannes Zender, Olivia Gamp, Thomas Wiegand, Christoph, Christoph, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ, Christ Análisis de las interacciones de nucleótidos de Las interacciones entre nucleótidos y amiloide revelan una unión selectiva al ARN del tamaño de un codón Kreutz, Anna Knorlin, Jonathan Hall, Jason Greenwald y Roland Rick, 2 de octubre de 2023. Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
DOI: 10.1021/jacs.3c06287

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