Biologia ayuda!!origen de la vida

Publicado en 'Ciencias' por xxniltonxx, 14 Abr 2011.





  1. xxniltonxx

    xxniltonxx Miembro maestro

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    hola,! porfa me dejaron un trabajo de exposicion. de el origen de la vida pero algo si se que existen varias teorias, ademas es en grupo me toco exponer sobre la teoria de Bioquimica o Quimiosintetica eh buscado en libros.. eh internet.. en fin no encuentro algo defina con exactitud lo que necesito ayudenme es para lunes. grx! sl2:)
     


  2. Ingenius

    Ingenius Suspendido

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    Teoria Fisico Quimica del Origen de la Vida

     
  3. joseleg

    joseleg Miembro de plata

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    La definición de la vida utilizando el dogma central de Crick.

    Bueno, no es realmente un dogma en el sentido en que no hay que creer ciegamente en el, pero así lo llaman, personalmente no me parece un nombre muy afortunado pero... establecido en 1957 por el co-descubridor de la estructura del ADN con muy poca de la evidencia empírica de la cual hoy en día se cuenta y que sin embargo la confirma abrumadóramente. Dicho postulado establece que la información genética fluye solamente, desde los ácidos nucleicos a las proteínas y jamás en sentido contrario.

    Originalmente fue formulado de la siguiente forma:

    ADN ↔ADN →ARN → proteína → metabolismo

    PD (si me preguntaran por una expresión que define lo que es la vida, de seguro seria esta)

    Las proteínas, son polímeros de aminoácidos que conforman estructuras tridimensionales, y que dependiendo de su forma poseen funciones dadas. En cierta forma, cada flecha representa una batería de proteínas que acelera o permite que se den ciertas reacciones de polimerizarción.


    EL ADN, su monómero constitutivo es el nucleótido, una molécula compleja, formada por un esqueleto de azúcar (deoxiribosa) una cabeza hecha con una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina o timina) y una cola de fosfato, el enlace de cada unidad se da, desde el fosfato de una al azúcar de la otra y así sucesivamente, dejando a las bases nitrogenadas mirando hacia un lado. La secuencia de las bases es lo que determina lo que se denomina secuencia y es de hecho el algoritmo de almacenamiento de información.

    EL ARN, el componente olvidado, pero quizás el mas importante de los tres, a diferencia de las proteínas y el ADN que poseen funciones fijas, una ejecuta instrucciones mientras que la otra las almacena, el ARN posee funciones ambivalentes, algunos almacenan información momentáneamente, otros protegen de la degradación a esa información, otros leen esa información y ensamblan las proteínas y otros poseen funciones biológicas, en si, igual que las proteínas, aunque de forma limitada. Cabe mencionar que es prácticamente un gemelo del ADN, sus diferencias son que el azúcar es una ribosa en lugar de una desoxirribosa, y que la timina se encuentra demetilada y recibe el nombre de uracilo


    Definiendo la vida de un modo bioquimico.

    La vida es básicamente esto, un mecanismo que almacena energía para generar enlaces químicos y un sistema que multiplica el número de estas maquinas de acumulación de energía. El mecanismo de acumulación se denomina metabolismo y el de multiplicación se denomina reproducción.

    En el dogma central de Crick se ve el origen comun de estas dos propiedades de todo lo que se denomina vivo.

    ADN →ARN → proteína (metabolismo), representa la síntesis de proteínas, y las proteínas en si mismas representan al metabolismo, pues son las que lo ejecutan. En una construcción, representearian tanto a los operarios como a las partes de construcción y a las maquinas.

    ADN ↔ADN, representa a la reproducción ejemplificada en su forma mas simple, la replicación de hebras de ADN y de esta forma una manera para que la vida se expanda y perpetúe.

    Este proceso es ejecutado por todas las células del planeta que se han estudiado hasta el día de hoy.

    Procesos extraños.

    En seres que se encuentran al borde de la vida y la no vida llamados virus, se encuentran enzimas que permiten flujos extraños de la información. En los organismos vivos, la información no fluye desde el ARN hasta el ADN pues ello crearía errores mutagénicos muy problemáticos, tampoco se da el caso de que una secuencia de ARN se multiplique a si misma, ya que si no se controlara, se producirían cantidades demasiado grandes de ciertas proteínas, que resultarían un problema para el organismo y lo cierto es que los mecanismos de control se encuentran en el ADN y no en los mensajeros de ARN.

    El problema es que los virus poseen las proteínas que hacen esto.

    Los virus llamados retrovirus como el del SIDA generan una proteína que permite hacer esto:

    ARN →ADN → ARN → proteínas (estructurales de la capside virica + la ADN polimerasa reversa)

    PD: (se ha detectado que los virus y su ARN polimerasa reversa se han integrado de forma permanente a ciertos organismos, haciendo que sus genes se dupliquen convirtiendo ha este fenómeno en una fuente de variación, ya que genera nuevos genes.)

    Estos virus guardan su información en forma de ARN y cuando infectan al huésped se transforma a si mismos en ADN insertándose en el del huésped, que luego los lee multiplicándolos.
    Otros virus con base en ARN pero que no son retrovirus desechan la necesidad de pasar por el ADN cortándole todo un paso al dogma central de Crick (por eso el dogma central de Crick solo aplica a los seres vivos, ya que los virus al no tener metabolismo “sus proteínas no acumulan energía”), de esta forma estos virus nos permiten reescribir el proceso de esta otra forma.

    ARN ↔ARN → proteínas (estructurales, + la ARN polimerasa con base en ARN)


    ¿Y para que me heché este cuento?, simple, si no conocemos que es la vida, y los procesos reales que se dan (aun los mas extraños) todo lo que se les diga sobre el proceso de abiogénesis nos sonaran mas a ciencia ficción que ha hechos factibles.

    Por ejemplo, el nacimiento de la vida representaba un problema de huevo y gallina, donde el metabolismo aporta la energía requerida para la reproducción y la reproducción la única forma en que el metabolismo se perpetuara y multiplicara, así que, ¿que fue primero, la replicación? O ¿el metabolismo?.

    El conocimiento del ARN nos permite responder a esas preguntas, y al mismo tiempo desligar al ADN del proceso de la reproducción y a las proteínas del proceso del metabolismo. Como lo dije antes, el ARN en si mismo posee una gran cantidad de funciones que por si solas las desarrolla mejor un lenguaje especifico, es decir, el ADN es mejor para guardar información y las proteínas son mejores para ejecutar la información, pero en ausencia de ellas (como se propone en una de las corrientes principales de la abiogénesis) representa una salida a ese problema de huevo y gallina, ya que el ARN es al mismo tiempo el huevo y la gallina.

    El mundo del ARN se describe de esta forma

    El ARN puede cumplir funciones de proteína, y al hacer esto recibe el nombre de ribozima.

    ARN ↔ARN → ribozimas (que reemplazan a las proteínas aunque con menor eficiencia “sin embargo existen funciones que actualmente aun suplen las ribozimas”)

    Otro dato de importancia, el ARN está en perfecta capacidad de realizar un bucle de retro-alimentación. Digamos que tienes una gran cantidad de ARN consumiendo nucleótidos en un ambiente que favorece su síntesis. Aquellos ARN una vez formados que de alguna forma favorezcan su propia síntesis lograrán replicarse y consumir para su estirpe los nucleótidos libres. Esto hace que un ambiente saturado de cadenillas de ARN se genere el proceso de selección natural y la presión es replicarse lo mas rápido posible.

    ES decir, se generan dos caminos posibles para generar ARN

    Nucleotidos → ARN (no especifico, completamente aleatorio y bastante lento)
    P
    ero cuando una de esas cadenas logra estructurarse de tal forma que:

    (ribozima)ARN ↔ARN(ribozima)
    Entonces nace por primera vez la reproducción y el metabolismo, la primera proto-vida concebible.

    Por supuesto que el bucle no emerge de forma inmediata, pero con un poco de tiempo se logra. Hace cerca de diez años, se logró la obtención de este bucle en condiciones de probeta, totalmente controladas en el laboratorio. Básicamente era poner nucleótidos sueltos de ARN en un ambiente que favorece su unión, y seleccionar de a cuerdo a su habilidad para acelerar la aceleración de la síntesis de cadenillas, cosa que ocurre de forma espontánea.

    Peter J. Unrau1 & David P. Bartel1 (1998) RNA-catalysed nucleotide synthesis. Nature 395, 260-263 (17 September 1998) | doi:10.1038/26193; Received 13 March 1998; Accepted 20 July 1998

    Eso fué así por cerca de 11 años, en los que el retraso para obtenerlo por medio in vivo se volvió una constante. De hecho, muchos libros de críticos siempre asumían este problema alegando que las cantidades producidas eran muy pequeñas en forma natural como para que el proceso de origen del bucle de ARN se diera por si solo sin requerimiento de una inteligencia. Eso hasta el año pasado.

    Básicamente se logró el mismo resultado en condiciones no controladas, y especialmente, en condiciones no biológicas (debes recordar que las condiciones del planeta actualmente han sido el resultado del efecto de lo vivo, en especial el oxigeno. El oxigeno libre se produce por reacciones biológicas de forma casi que exclusiva, pues en el ambiente el oxigeno tiende es a reaccionar con casi todo formando óxidos y agua)

    Matthew W. Powner1, Béatrice Gerland1 & John D. Sutherland (2009) Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions. Nature 459, 239-242 (14 May 2009) | doi:10.1038/nature08013; Received 11 December 2008; Accepted 24 March 2009
    http://www.nature.com/nature/journal/v4 ... 08013.html


    Aquí te envio otros experimentos realizados sobre estos temas:


    Jack W. Szostak1 (2009) Origins of life: Systems chemistry on early Earth. Nature 459, 171-172 (14 May 2009) | doi:10.1038/459171a; Published online 13 May 2009


    Katharine Sanderson (2009) Tantalizing clues to the chemical origins of life. Published online 12 June 2009 | Nature | doi:10.1038/news.2009.563*
     
  4. joseleg

    joseleg Miembro de plata

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    Y un detalle mas, el mundo de ARN no solo se limita a la formación de ARN auto-catalítico, en este ambiente también se forma de manera espontanea otras moléculas de vital importancia en el metabolismo de todo lo vivo, como es el caso del FAD (flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina-adenina abreviado FAD en su forma oxidada y FADH2 en su forma reducida, es un coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción. ); el NAD (dinucleótido de nicotinamida adenina, abreviada NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida) es una coenzima que contiene la vitamina B3 y cuya función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células. ); La coenzima A (CoA, CoASH o HSCoA es una coenzima, notable por su papel en la biosíntesis y la oxidación de ácidos grasos, así como en la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico antes del ciclo de Krebs. Su molécula consta de ácido pantoténico (vitamina B5), adenosín difosfato y cisteamina); Entre muchos otros.

    Las ribozimas están en la completa capacidad para sintetizar cualquiera de las moleculas anteriormente mencionadas, como lo muestran estos estudios.

    Vasant R. Jadhav and Michael Yarus (2002) Acyl-CoAs from Coenzyme Ribozymes. Biochemistry, 41 (3), pp 723–729 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bi011803h

    Faqing Huang, Charles Walter Bugg, and Michael Yarus (2000) RNA-Catalyzed CoA, NAD, and FAD Synthesis from Phosphopantetheine, NMN, and FMN. Biochemistry, 2000, 39 (50), pp 15548–15555 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bi002061f

    Obviamente los anteriores estudios en estos momentos son solo en probetas, actualmente se esta estudiando su posibilidad de que ocurra en condiciones prebióticas plausibles, con la ayuda del ARN obtenido de forma prebiótica.

    Niveles de estudio de la abiogénesis.

    El mundo ARN es un estadio bastante desarrollado dentro de lo que debería ser en un futuro cercano, una teoría completa de la abiogénesis, la cual debe responder a los siguientes problemas, separados de acuerdo a su nivel de complejidad creciente.

    -La Edad de la química. Principal problema, ¿como establecer un metabolismo sin instrucciones previas? ¿Sin catalizadores orgánicos?. Que fue primero, ¿el metabolismo o la reproducción? ¿Como se puede ensamblar un nucleótido sin enzimas proteicas? ¿En realidad son solo cinco bases nitrogenadas posibles?.

    -La edad de la información. ¿Como sintetizar de forma espontánea una cadena de ARN? ¿Como nacieron las proteínas? ¿Y el ribosoma? ¿Desaparecieron realmente los catalizadores inorgánicos? ¿Como se conformó el primer gen? La llegada de la especificidad. La aparición del ribosoma es un problema central.

    -La edad de la protocélula. La encapsulación, ¿cuando y como se dio? ¿Era realmente útil para una previda no confinada? La llegada de la respiración y la fotosíntesis, ¿como fue? ¿Están relacionadas los dos conjuntos de reacciones? ¿Como? ¿Como nacieron los autótrofos? El problema de la transferencia horizontal.
    *
    PD: Cabe destacar que con la encapsulación teóricamente nace la vida y la evolución por selección natural. Sin embargo eso no tiene nada de espontáneo.

    De lo anterior solo puedo decir que, el surgimiento de la vida es la suma de muchos procesos, algunos deterministas (bajo ciertas condiciones) otros aleatorios, pero en todo caso, es la culminación de un proceso muy largo.

    Negar o probar tal conjunto de datos con un solo experimento es algo imposible, y de hecho al igual que con la teoría sintética de la evolución, actualmente la abiogénesis es demasiado extensa para resumirla adecuadamente sin una base conocida de química por parte de los que la investigan.

    En todo caso aquí te paso evidencia de algunos fenómenos clave:

    Toda la edad de la química está demostrada como un hecho, por décadas se ha sabido, por ejemplo, que los géisers son capaces de sintetizar inorgánicamente nucleótidos, azúcares orgánicos y otros compuestos de importancia biológica, todos al tiempo. Simplemente es llegar a un géiser, buscar una zona donde la temperatura y la presión sean realmente grandes y sobre todo al que, NO LLEGUE EL OXIGENO. Tomas una muestra y detectas los componentes químicos que te mencioné anteriormente. También haces cultivos y/o extracción de ADN completo para descartar que los componentes no hubieran sido dejados allí por la vida),

    1. Yuasa, Flory, Basile y Oró (1984) biotic synthesis of purines and other heterocyclic compounds by the action of electrical discharges. Journal of Molecular Evolution. Volume 21, Number 1 / noviembre.http://www.springerlink.com/content/q010722535227454/

    Resumen: La síntesis de purinas y pirimidinas usando las atmósferas de la tierra primitiva propuestas por Oparin-Urey han sido demostradas mediante las reacciones de metano, etano y amonio junto con descargas eléctricas.

    La adenina, la guanina, el 4-aminoimidazola-5-carboxamida (AICA) y la isocitocina han sido identificadas por espectrofotometria de luz ultravioleta
    como los productos de la reacción.

    Los rendimientos totales de los compuestos heterocíclicos es del 0.0023%. Se concluye que la síntesis de la adenina ocurre a una concentración mucho menor de cianuro lo cual ha sido probado en estudios pasados.

    Las rutas para las síntesis de purinas a partir de cianuro se discuten (en este articulo) y se compara con los compuestos heterocíclicos que han sido encontrados en los meteoritos. Tambien se presentan las reacciones de síntesis prebiótica.

    2. Douglas E. LaRowe and Pierre Regnier (2008) Thermodynamic Potential for the Abiotic Synthesis of Adenine, Cytosine, Guanine, Thymine, Uracil, Ribose, and Deoxyribose in Hydrothermal Systems. Origins of Life and Evolution of Biospheres. Prebiotic Chemistry. http://www.springerlink.com/content/aq10866526v08u65/

    Resumen: El potencial termodinámico para la síntesis abiótica de los cinco nicleótidos base (adenina, guanina, citocina, timina y uracilo) y los dos azucares base (ribosa y deoxiribosa) a partir de formaldehido y cianuro han sido cuantificados bajo condiciones de temperatura, presión y condiciones estructurales que son representativos para sistemas hidrotermales.

    Las actividades de las moléculas precursoras (formaldehido y cianuro) requeridos para evaluar la termodinámica de las síntesis moleculares fueron computadas usando las concentraciones de N2, CO y H2 disueltos reportados en los sistemas hidrotermales modernos.

    Las concentraciones de las moléculas precursoras que pueden ser sintetizadas son fuertemente dependientes de la temperatura, a menor temperatura, mayor concentración. A sí mismo, la termodinámica que conduce a la síntesis de nucleótidos, y azucares varía considerablemente en función de la temperatura.

    Todas las biomoleculas consideradas en este estudio se ven favorecidas termodinámicamente para ser sintetizadas en rangos de temperatura entre 0°C---150°C---250°C donde la presión evita que el agua hierva (PD mio: no es sorprendente, el primer rango es el rango de temperatura de muchos organismos vivos simples) dependiendo de la molécula en cuestión.

    A demás, se generaron diagramas de actividad para mostrar que los rangos de actividad de los nucleótidos, que oscilan entre 10E-2 y 10E-6. A demás de que las nucleótidos, y los azucares entablan un equilibrio químico con las moléculas precursoras a 150°C y 500 bares de presión.

    Los resultados presentados apoyan fuertemente la noción de que los sistemas hidrotermales pudieron jugar un rol importante en el origen de la vida y pueden ser usados para planear y llevar a cabo investigación experimental sobre la síntesis abiótica de ácidos nucleicos y biomoléculas relacionadas como el ATP.


    Por otro lado, en cuanto a la edad de la información, no encontramos a medio camino. Con el logro de la síntesis prebiótica del ARN lo que queda ahora es ensamblar unas condiciones experimentales prebióticas mas adecuadas para probar y sobre todo, conocer en detalle los procesos de formación de las coenzimas con base a nucleótidos y muy especialmente el origen del ribosoma.

    En cuanto a la edad de la protocélula. La formación de membranas biológicas a partir de lípidos fosfatados es muy sencilla. Es posible sintetizar lípidos fosfatados en condiciones prebióticas, como lo demuestra este estudio:

    Hargreaves, Deamer, Mulvihill (1977) Synthesis of phospholipids and membranes in prebiotic conditions. Nature, Volume 266, Issue 5597, pp. 78-80 (1977).

    Con los fosfolípidos en posición, crear una membrana es cosa de niños, basta con agitar lo suficiente y se formaran burbujas de bicapas lipídicas exactas a las de los seres vivos en todas las propiedades menos una, la presencia de canales de proteína.

    Una membrana sin proteínas insertadas no sirve para nada. Es por ello que sin un ribosoma que crea proteínas, una membrana seria mas una condena que otra cosa, ya que las membranas por si mismas son impermeables a todo menos al agua, eso haría que el material genético no pudiera obtener los componentes necesarios para la replicación o la creación de proteínas.

    ES por ello que muchos deducen que las membranas son un estadio mas bien reciente en la formación de las primerísimas células.

    Se podría decir que actualmente, el problema central de la abiogénesis, radica en la formación prebiótica del ribosoma, o una estructura capaz de hacer lo que el hace, crear proteínas a partir de la secuencia de un ARN.

    Ahora regresemos a tu pregunta, pero reformulándola:

    ¿Como niega o prueba un microbiólogo investigador, las hipótesis de la abiogénesis?

    Con métodos químicos, se trata después de todo de estimar concentraciones de productos químicos y de estar seguros de que esos productos están allí por una reacción química propiamente dicha y no por una reacción química hecha por un ser biológico.

    “La vida es un fenómeno químico, y como tal se la debe entender y estudiar” Cristian de Duve.