Origen de la vida: ¿Qué fue primero

Las proteínas codificadas en el material genético de una célula son los tornillos, resortes y de los dientes de una célula viva, la totalidad de sus partes móviles. Pero las primeras proteínas, suponemos, aparecieron mucho antes de que las células y por lo tanto la vida como la conocemos. proteínas modernos están hechos de 20 aminoácidos diferentes, todos ellos esenciales para la construcción de la proteína, y todos dispuestos en la forma de un polímero, una larga, cadena-como molécula, en el que la colocación de cada aminoácido es crucial para los de proteínas función. Pero hay una paradoja en el pensamiento acerca de cómo surgieron las primeras proteínas. Debido a que los aminoácidos necesarios para proteínas hacen son ellos mismos producidos por otras proteínas, enzimas. Es una especie de pollo y el huevo de la pregunta, y sólo ha sido parcialmente respondido hasta ahora.

Los científicos creen que las primeras proteínas verdaderas materializan a partir de segmentos más cortos de proteínas llamadas péptidos. Los péptidos habrían sido conjuntos pegajosas de los aminoácidos que se crearon espontáneamente en la sopa química primitiva; los péptidos cortos habrían entonces unido el uno al otro, con el tiempo la producción de una proteína capaz de algún tipo de acción. La generación espontánea de aminoácidos ya había sido demostrada en 1952, en el famoso experimento de Miller y Urey, en la que se replican las condiciones piensa que existen en la tierra antes de la vida y la energía añadida como la que podría venir de un rayo o volcanes. Mostrando aminoácidos podría, bajo las condiciones adecuadas, la forma sin la ayuda de enzimas o cualquier otro mecanismo en un organismo vivo sugirieron que los aminoácidos fueron el "huevo" que precedió a la enzima "pollo."

Tawfik, que está en el Departamento de Ciencias Biomoleculares del Instituto, dice que está bien y es bueno ", pero un tipo vital de aminoácido ha estado ausente de ese experimento y cada experimento que siguió a su paso: aminoácidos como la arginina y la lisina que llevan una carga eléctrica positiva." Estos aminoácidos son particularmente importantes para las proteínas modernas, a medida que interactúan con el ADN y ARN, ambos de los cuales llevan cargas negativas netas. El ARN es hoy presume que la molécula original que podrían tanto la información de transporte y háganse copias de sí mismo, lo que en teoría serían necesarios para dar nuevos pasos en el desarrollo de las células para producir viviendo contacto con carga positiva aminoácidos.

Pero había una carga positiva aminoácidos que apareció en los experimentos de Miller-Urey, una llamada ornitina aminoácido que se encuentra hoy en día como un paso intermedio en la producción de arginina, pero no es, en sí, utilizados para construir proteínas. El equipo de investigación preguntó: ¿Qué pasa si ornitina fue la falta de aminoácidos en las proteínas ancestrales? Ellos diseñaron un experimento original para poner a prueba esta hipótesis.

Los científicos empezaron con una proteína relativamente simple de una familia que se une a ADN y ARN, la aplicación de métodos filogenéticos para inferir la secuencia de la proteína ancestral. Esta proteína hubiera sido rico en cargas positivas, 14 de los 64 aminoácidos siendo ya sea arginina o lisina. A continuación, se creó proteínas sintéticas en las que la ornitina sustituyen éstos como el portador de carga positiva.

Las proteínas a base de ornitina unido al ADN, pero débilmente. En el laboratorio Metanis', sin embargo, los investigadores encontraron que las reacciones químicas simples podrían convertir ornitina a arginina. Y ocurrieron estas reacciones químicas en esas condiciones supone que han prevalecido en la Tierra en el momento habrían aparecido las primeras proteínas. A medida que más y más de la ornitina se convirtió en arginina, las proteínas fueron más y más a parecerse a proteínas modernas, y para unirse al ADN de una manera que era más fuerte y más selectivo.

Los científicos también descubrieron que en la presencia de ARN, que la forma antigua del péptido dedica a la separación de fases (como gotas de aceite en agua), un paso que puede conducir a la auto-ensamblaje y "departamentalización". Y esto, dice Tawfik, sugiere que estas proteínas, junto con el ARN, podrían formar proto-células, de las cuales las células vivas verdaderas podrían haber evolucionado.

Prof. Dan Tawfik es el titular de la Nella y León Benoziyo Cátedra.