EVOLUCÓN PREBÓTCA Y MUNDO RNA Elías Herrero Galán Centro Naconal de Botecnología (CNB CSC) CSC) LA APARCÓN DE LA VDA Formacón del Unverso Formacón del Sstema Solar Prmeros mcrofósles Prmeras células eucarotas Años / 10 9 : 15 5 4 3 8 1 8 enframento de la Terra aparcón de la vda Todos los seres vvos conocdos proceden de un msmo lnaje celular ancestral. Todos comparten un únco códgo genétco, composcón de amnoácdos, etc. Todos poseen una estructura de soporte de nformacón y otra dnámca.
LA QUÍMCA PREBÓTCA Las leyes bológcas no pueden aplcarse en un momento en que aún no exstía la vda. Sn embargo, las leyes de la Físca y la Químca son unversales y aplcables en todo lugar y en todo momento. El nconvenente radca en conocer las condcones de la atmósfera prebótca (Orgel y Lohrmann): 1. Atmósfera altamente reductora (Oparn). 2. Reactvos prmaros drectamente t dervables de CH 4, NH 3, N 2 y H 2 O. 3. Síntess con radacón UV, calor y/o descargas eléctrcas. 4. Agua a ph 7 9 como únco dsolvente. 5. Condcones de p y T próxmas a las actuales (T 80⁰C). 6. Reaccones en estado sóldo sn excesva pérdda de humedad. LA QUÍMCA PREBÓTCA Stanley Mller (1953) demostró que es posble obtener matera orgánca (amnoácdos) a partr de matera norgánca. Joan Oró obtuvo purnas (1961), rbosa y desoxrrbosa (1962), componentes de DNA y RNA. Sleeper y Orgel (1979) obtuveron olgonucleótdos y Lewnsoh, Weber y Orgel obtuveron olgopéptdos. d l l d d l ál dl d h Gran concdenca con los resultados de los análss del meteorto de Murchson ( pansperma?).
LA EVOLUCÓN PREBÓTCA EVOLUCÓN QUÍMCA EVOLUCÓN PREBÓTCA hν H 2 H 2 O CH 4 CO CO 2 NH 3 N 2 HCN superfces catalítcas descargas calor eléctrcas Ácdos Nuclecos + Proteínas autoorganzacón seleccón evolucón compartmentacón Protocélulas Organsmos Superores Organsmos Plurcelulares Organsmos Uncelulares EVOLUCÓN BOLÓGCA SELECCÓN EN MOLÉCULAS PREBÓTCAS Ausenca ncal de un códgo genétco: necesdad de procesos de seleccón, evolucón y autoorganzacón. Propedades d necesaras de las moléculas l prebótcas autoorganzatvas: t 1. Síntess a partr de un molde consttudo por copas ya exstentes (actvdad molde per se). 2. Posbldad de ntroducr error en la copa. 3. Sometmento a recambo o metabolsmo, lejos del equlbro. 4. Competenca entre undades autorreplcatvas en funcón de su adaptabldad. donedad de los ácdos nuclecos, especalmente el RNA (rbozmas).
SELECCÓN EN MOLÉCULAS PREBÓTCAS Expermento de la replcasa del fago Qβ (Spegelman, 1971): Küppers, B.O., Molecular Theory Of Evoluton, Sprnger Verlag, Berln, 1983 EL MODELO DEL REACTOR DE FLUJO A Q ( ) 2 A (1 Q ) ( ) j j A : constante de replcacón Q : factor de caldad D : constante de degradacón D 0 Φ 0 1, 2, n válvula 3 2 válvula 2 válvula 1 V µ µ* 1 n µ productos de degradacón
RESTRCCONES, HPERCCLO Y RNA Para que el sstema pueda evoluconar hay que mponer algún tpo de restrccón: poblacón constante. Copa maestra y cola de error: concepto de cuasespece. La catástrofe de error y la crss de nformacón. La coexstenca de cuasespeces se plantea como condcón ó ndspensable. Esto sólo es posble s exste una relacón funconal entre dstntas undades autorreplcatvas: hpercclo. Una vez que el sstema cae en una cuenca de atraccón, es muy dfícl que la abandone úncamente por mutacones. Esto lleva a la toma de decsones de una vez para sempre, fundamento de la hpótess del accdente congelado para explcar la aparcón del códgo genétco, frente a la hpótess causal. Se unversalzan a así propedades aparentemente e causales y sólo es posble la seleccón de mutacones s exste compartmentacón: mundo RNA encapsulado. RESTRCCONES, HPERCCLO Y RNA Lncoln, T. A., Joyce, G. F., (2009) Scence 323 (5918): 1229 32.
LA HPÓTESS DEL MUNDO RNA RNA Nucleótdos Formacón de RNA a partr de nucleótdos Replcacón catalzada por rbozmas DNA RNA Amnoácdo El ARN codfca para DNA y proteínas Proteína Síntess proteca catalzada por RNA Membrana celular Las proteínas catalzan las funcones celulares POR QUÉ DNA FRENTE A RNA? DNA RNA
POR QUÉ DNA FRENTE A RNA? EL RNA BCATENARO EN LA NATURALEZA
CARACTERZACÓN MECÁNCA DE DNA DNA Smth, S. et al. (2003) Methods n Enzymology 361: 134 162 CARACTERZACÓN MECÁNCA DE DNA
A ESTUDO DE MOTORES MOLECULARES B C CARACTERZACÓN MECÁNCA DE dsrna
ESTABLDAD TÉRMCA DE dsrna Y DNA EL CAMNO HASTA UN MUNDO DNA Oye, R, podrías llevarle este mensaje a? Oh, vamos, D, dame algo más emoconante! Soy multtarea! Puedo hacer de todo! JA! Tú dónde te crees que estás? En el mundo ARN? A d l ld d d l bá l l ó A pesar de launversaldad de los compuestos báscos, laevolucónposteror es un proceso lleno de bfurcacones y decsones tomadas sobre camnos alternatvos. Por ello, cabe preguntarse qué sucedería de empezar de nuevo el proceso.
BBLOGRAFÍA Montero, F., Morán, F., Bofísca: Procesos de Autoorganzacón En Bología, Eudema Unversdad, Madrd, 1992. Küppers, B. O., Molecular Theory Of Evoluton: Outlne Of A Physco Chemcal Theory Of The Orgn Of Lfe, Sprnger Verlag, Berln, 1983. Egel, R., Lankenau, D. H., Mulkdjanan, A. Y., Orgns Of Lfe: The Prmal Self Organzaton, Sprnger Verlag, g, Berln, 2011. Lncoln, T. A., Joyce, G. F., Self Sustaned Replcaton of an RNA Enzyme. Scence 323 (5918): 1229 32, 2009. Smth, S. B., Cu, Y., Bustamante, C., Optcal trap force transducer that operates by drect measurement of lght momentum, Methods n Enzymology 361: 134 162, 2003. Hormeño, S., Aras González, J.R., Explorng mechanochemcal processes n the cell wth optcal tweezers, Bology Of The Cell 98: 679 695, 2006.