Atlas de histología vegetal y animal

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La célula. Ampliaciones.

MUNDO ARN

La teoría de que las primeras células surgen a partir de procesos físico-químicos, hoy plenamente aceptada, surgió a partir de las siguientes ideas. C. Darwin propuso en el "Origen de las Especies" que los organismos proceden de otros organismos y que las diferencias entre ellos, que potencialmente pueden dar lugar a especies nuevas, se consiguen con la selección natural actuando sobre la variabilidad fenotípica de tales organismos. Es decir, las células pueden evolucionar de simples a complejas (y al revés). La teoría celular dice en uno de sus postulados que toda célula proviene de otra célula, y L. Pasteur aportó evidencias en contra de la generación espontánea en las células actuales, incluso para los organismos más simples. Todo ello conduce a que la primera célula, que se originó hace más de 3000 millones de años, y como no había células previas, tuvo que surgir moléculas orgánicas, una especie de generación espontánea, pero no la que estudió L. Pasteur, aparición desde la nada, sino por un proceso largo, progresivo y complejo a partir de moléculas simples que irían ganando complejidad en sus estructuras, en su composición y sobre todo en las interacciones de unas con otras.

En la sucesión de etapas que llevaron desde las moléculas más simples hasta las primeras células hubo un momento en el que aparecieron moléculas o conjuntos de moléculas que tuvieron la capacidad de autorreplicarse y de sufrir selección natural. Una vez esto, el resto se podría explicar por selección darwiniana !a nivel molecular!

Las moléculas candidatas para ser las primeras protagonistas de la evolución podrían ser dos de las principales moléculas que componen hoy en día las células: ADN y proteínas. Pero se les ha dejado de lado por las dificultades que presentan. El ADN es un buen soporte para almacenar información, es muy estable y permite variabilidad, pero prácticamente es inerte y no tiene capacidad de autorreplicarse. Las proteínas tienen una alta capacidad catalítica, es decir, "hacen cosas", pero autorreplicar su secuencia de aminoácidos parece hoy en día inabordable. Entonces, ¿quién podría ser el candidato?

R. Woese y L.E. Orgel proponen que esa molécula insólita debió ser el ARN. Pero fue W. Gilbert en 1986 quien formuló la hipótesis en su forma actual de que el ARN era la molécula clave (Gilbert fue premio Nobel por una técnica de secuenciación del ADN, también acuñó los términos de exones e intrones). La biología molecular fue colocando en los siguientes años al ARN en una posición protagonista en el funcionamiento de la célula. ¿Cuáles son los datos que apoyan al ARN como molécula importante en el origen de la vida?:

1.- Tiene capacidad catalítica. Las ribonucleoproteínas (proteínas má ARN) son capaces de procesar los transcritos primarios en el núcleo y el ARN ribosómico participa de manera crítica en la síntesis de proteínas en los ribosomas.

2.- Transporta información. El ARN mensajero recoge la información del ADN y lo lleva hasta los ribosomas donde es leído para la síntesis de las proteínas.

3.- Ribonucleótidos como el ATP (trifosfato de adenosina) son las moléculas energéticas por excelencia de los seres vivos. Cofactores como el NAD+ o el FAD son cruciales en muchas reacciones bioquímicas.

4.- Moléculas de RNA sometidas a condiciones controladas son capaces de evolucionar.

5.- Los ARN de transferencia son los encargados de reconocer a los aminoácidos y colocarlos en una secuencia determinada cuando leen una cadena de ARNm.

6.- La replicación del ADN requiere la presencia de pequeñ;os segmentos de ARN denominados cebadores.

7.- La mayor parte del ADN que codifica para ARN no lo hace para ARNm sino para ARN que no se traducirá a proteínas y que realiza numerosas funciones celulares. Parece que la proporción de ADN que se transcribe a ARN mensajero es mínima comparada con la que se transcribe en ARN no codificante. Estos ARN pueden regular la expresión génica, la compactación del ADN, la metilación del ADN, la diferenciación celular, etcétera.

Todas estas observaciones hacen que el ARN pueda ser esa molécula versátil necesaria en el origen de la vida, pero no concluyen que lo haya sido. Algunos autores ven la gran cantidad de funciones que desempeñan los distintos tipos de ARN en la célula como una consecuencia del papel preponderante del ARN en la química prebiótica.

Hay sin embargo puntos débiles en esta propuesta y argumentos alternativos. Por ejemplo, es difícil reconstruir todos los pasos de la formación una célula simulando condiciones primigenias. Además, los ribonucleótidos son difíciles de sintetizar y sus componentes se degradan con facilidad, aunque se ha demostrado que en presencia de minerales con boro y bajo ciertas condiciones plausibles en la Tierra de aquella época se pueden formar ribonucleótidos y con cierta estabilidad, pero se producirían en muy pocas cantidades y las condiciones serían muy improbables. Y aún quedaría el enorme problema de ensamblarlos de manera útil. Aparte del enorme obstáculo de la polimerización, nos quedaría otro mayor: la probabilidad de que por azar se forme un polímero con capacidad de autorreplicación es tan baja que algunos científicos desechan esta posibilidad. Algunos científicos no aceptan esta teoría por lo alta improbabilidad de que se den todos estos pasos de forma consecutiva. Por ello se ha retomado la propuesta de Oparin de los coacervados o complejos metabólicos. La base de esta teoría radica en que las primeras entidades que fueron capaces de replicarse o dividirse fueron unos conjuntos de moléculas que sufrían una serie de reacciones de manera que se establecía un ciclo de reacciones químicas. Así, no sería una única molécula. Sin embargo, hoy en día la necesidad de conseguir compartimentos cerrados donde producirse las reacciones está ganando atención, y las membranas gana protagonismo. Antes de que e ARN tomara un papel preponderante en el origen de la vida habría todo un proceso previo para generar las condiciones necesarias para que el ARN pudiera actuar.

Bibliografía específica

Michalak P. RNA world - the dark matter of evolutionary genomics. J Evol Biol. 2006. 19(6):1768-1774.

Müller UF. Re-creating an RNA world. Cell Mol Life Sci. 2006. 63:1278-1293.

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