15 octubre, 2012

Polímeros empaquetan ARN de manera espontánea

Científicos logran imitar un proceso clave para la formación de las primeras formas de vida.

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El ARN lleva a cabo importantes funciones en todos los organismos vivos. Incluso en los virus puede actuar como molécula de almacenamiento y transmisión de información genética. Y a diferencia del ADN, puede adquirir diferentes conformaciones moleculares que le permiten catalizar reacciones químicas importantes para la vida. Es por esta razón que muchos científicos creen que el ARN fue la primera molécula con actividad biológica que apareció sobre la Tierra (La Hipótesis del Mundo de ARN).

Pero no basta con que el ARN esté flotando en los océanos de la Tierra primitiva para originar la vida. Éste debe encontrarse empaquetado en un espacio relativamente pequeño (compartimentos) que evite su difusión y que aumente las chances de que las moléculas choquen unas con otras y reaccionen de manera espontánea. En las células modernas, la compartimentalización se da gracias a membranas hechas a partir de fosfolípidos. Sin embargo, aún se desconoce el mecanismo por el cual se dio este proceso inicialmente dando como resultado la formación de las primeras protocélulas.

Ahora, un grupo de investigadores estadounidenses liderados por el Dr. Philip Bevilacqua de la Universidad Estatal de Pensilvania lograron recrear y modelar el proceso de compartimentalización que pudo ocurrir hace unos 4000 millones de años usando dos soluciones de polímeros: el polietilenglicol (PEG) y el dextrano. Los resultados de este trabajo aparecen publicados en Nature Chemistry.

El PEG y el dextrano no se mezclan y forman dos fases tal como lo hacen el agua y el aceite (sistema acuoso de dos fases o ATPS, por sus siglas en inglés). Los investigadores observaron que al añadir cadenas de ARN de distinto tamaño en el ATPS, éstas se concentraban mayormente en la fase rica en dextrano (3000 veces más que en la fase rica en PEG). Además, el dextrano formaba pequeñas burbujas que empaquetaban selectivamente las moléculas de ARN más largas, dejando a las más cortas afuera.

Esto podría considerarse como un método de clasificación primitivo clave para el desarrollo de las primeras protocélulas, porque son las cadenas más largas las que presentan actividad enzimática, mientras que las más cortas muchas veces no son funcionales y algunas incluso pueden llegar a inhibir las reacciones químicas, por ejemplo: los microARN.

Los investigadores también observaron que cuando mayor era la densidad de ARN que había dentro de cada burbuja de dextrano, más rápido se llevaban a cabo las reacciones químicas, y esta velocidad podía ser alterada variando el volumen relativo de las dos fases acuosas.

Si bien es cierto, no hay evidencias que apunten a la presencia de estos polímeros en los océanos primitivos, si proporcionan una explicación plausible de la compartimentalización a través de la separación de fases. Ahora los investigadores tratarán de reproducir el experimento con polímeros más relacionados con aquellos presentes en el momento en que la vida empezó a abrir su camino. 


Referencia:

Strulson, CA; et al. RNA catalysis through compartmentalization Nature Chemistry doi: 10.1038/nchem.1466 (2012).

Vía | PhysOrg.

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