06.10.2020 - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Buscando la química de la vida

El estudio muestra una posible nueva forma de crear pares de bases de ADN

En la búsqueda de los orígenes químicos de la vida, los investigadores han encontrado un posible camino alternativo para la aparición del patrón característico del ADN: Según los experimentos, los pares de bases de ADN característicos pueden formarse por calentamiento en seco, sin agua ni otros disolventes. El equipo dirigido por Ivan Halasz del Instituto Ruđer Bošković y Ernest Meštrović de la compañía farmacéutica Xellia presenta sus observaciones de la fuente de rayos X de DESY, PETRA III, en la revista Chemical Communications.

"Una de las preguntas más intrigantes en la búsqueda del origen de la vida es cómo se produjo la selección química y cómo se formaron las primeras biomoléculas", dice Tomislav Stolar del Instituto Ruđer Bošković de Zagreb, el primer autor del trabajo. Mientras que las células vivas controlan la producción de biomoléculas con su sofisticada maquinaria, es probable que los primeros bloques de construcción moleculares y supramoleculares de la vida hayan sido creados por química pura y sin catálisis enzimática. Para su estudio, los científicos investigaron la formación de pares de nucleobases que actúan como unidades de reconocimiento molecular en el ácido desoxirribonucleico (ADN).

Nuestro código genético se almacena en el ADN como una secuencia específica que se delinea por las nucleobases adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). El código está organizado en dos largas cadenas complementarias enrolladas en una estructura de doble hélice. En las hebras, cada nucleobase se empareja con una pareja complementaria en la otra hebra: adenina con timina y citosina con guanina.

"Sólo se producen combinaciones de pares específicas en el ADN, pero cuando se aíslan las nucleobases no les gusta unirse entre sí en absoluto. Entonces, ¿por qué la naturaleza eligió estos pares de bases?" dice Stolar. Las investigaciones sobre el emparejamiento de nucleobases surgieron después del descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN por James Watson y Francis Crick en 1953. Sin embargo, fue bastante sorprendente que haya habido poco éxito en lograr el apareamiento específico de nucleobases en condiciones que podrían considerarse como prebióticamente plausibles.

"Hemos explorado un camino diferente", informa el coautor Martin Etter de DESY. "Hemos tratado de averiguar si los pares de bases pueden ser generados por energía mecánica o simplemente por calentamiento." Con este fin, el equipo estudió nucleobases metiladas. El hecho de tener un grupo metilo (-CH3) unido a las respectivas nucleobases en principio les permite formar enlaces de hidrógeno en el lado Watson-Crick de la molécula. Las nucleobases metiladas se dan de forma natural en muchos organismos vivos donde cumplen una variedad de funciones biológicas.

En el laboratorio, los científicos trataron de producir pares de nucleobases mediante molienda. Se cargaron polvos de dos nucleobases en un frasco de molienda junto con bolas de acero, que sirvieron como medio de molienda, mientras que los frascos se agitaban de forma controlada. El experimento produjo pares A:T que también habían sido observados por otros científicos antes. La molienda, sin embargo, no pudo lograr la formación de pares G:C.

En un segundo paso, los investigadores calentaron los polvos de citosina y guanina del suelo. "A unos 200 grados centígrados, pudimos observar la formación de pares de citosina y guanina", informa Stolar. Para probar si las bases sólo forman los pares conocidos en condiciones térmicas, el equipo repitió los experimentos con mezclas de tres y cuatro nucleobases en la estación de medición P02.1 de la fuente de rayos X de DESY, PETRA III. Aquí, la detallada estructura cristalina de las mezclas pudo ser monitoreada durante el calentamiento y se pudo observar la formación de nuevas fases.

"A unos 100 grados centígrados, pudimos observar la formación de los pares de adenina-timina, y a unos 200 grados centígrados la formación de los pares Watson-Crick de guanina y citosina", dice Etter, jefe de la estación de medición. "Cualquier otro par de base no se formó ni siquiera cuando se calentó más hasta que se derritió". Esto prueba que la reacción térmica del par de nucleobases tiene la misma selectividad que en el ADN.

"Nuestros resultados muestran una posible ruta alternativa de cómo los patrones de reconocimiento molecular que observamos en el ADN podrían haberse formado", añade Stolar. "Las condiciones del experimento son plausibles para la joven Tierra que era un caldero caliente y en ebullición con volcanes, terremotos, impactos de meteoritos y todo tipo de eventos. Nuestros resultados abren muchos caminos nuevos en la búsqueda de los orígenes químicos de la vida". El equipo planea investigar esta ruta más a fondo con experimentos de seguimiento en P02.1.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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