Introducción al origen de la vida en la Tierra
En primer lugar, la versión oficial para explicar el origen de la vida en la Tierra, asegura que la abiogénesis fue un proceso espontáneo. El proceso se inició en el seno de la llamada sopa primigenia de Aleksandr Oparin.
Por suerte, los productos químicos en la sopa primigenia se sometieron a combinaciones aleatorias y una «evolución química» que culminó en el origen espontáneo de las primeras células vivas. Pero esta explicación tiene muchos problemas serios que implican la probabilidad o más bien improbabilidad.
Por lo tanto, esta teoría de la abiogénesis sostiene que la complejidad del ADN y proteína surgieron mediante la combinación aleatoria de productos químicos durante un período muy corto en la escala de tiempo geológica.
Esto implica el autoensamblaje de estructuras vivas a partir de moléculas no vivas. Pero a pesar de muchas investigaciones en el laboratorio, no hay evidencia alguna de que exista tal tendencia.
Conceptos básicos del origen de la vida en la Tierra
Así que el origen de la vida en la Tierra ocurrió en un momento lejano de la historia de la Tierra. Algunas de las sustancia químicas procedentes del Big Bang , estaban presentes en la sopa primigenia. Las condiciones de reacción, concentraciones, temperatura y presión eran las adecuadas para que estas sustancias reaccionaran químicamente entre sí. Los productos de esta reacción fueron unas moléculas orgánicas denominadas aminoácidos-L ( L de levógiro) . Pero afortunadamente, mediantes reacciones posteriormente de condensación, estos aminoácidos se transformaron en las proteínas Estas proteínas , a su vez, formaron las células individuales. Y ya finalmente, las células individuales se convirtieron en tejidos Estos tejidos en , órganos y finalmente aparecieron las plantas y animales.
Pero el gran misterio evolutivo sigue siendo cómo los aminoácidos generaron las proteínas sin la presencia de ARN
El mundo del ARN
También la hipótesis del mundo de ARN asegura que el ARN se “hizo a sí mismo” . A partir también de la sopa primigenia de aminoácidos prebióticos y elementos cósmicos se formó la estructura de ARN. Pero cómo es posible esto. Pero la molécula de ARN es altamente compleja . Por lo que el ARN recibió la colaboración de un código genético primigenio
Como veis el proceso de síntesis de la vida se va complicado cada vez más
En consecuencia otro enigmas sin resolver es cómo la polaridad y el tamaño de los 20 aminoácido (todos con simetría L de Levógira) que constituyen la estructura de los seres vivos, se pliegan “espontáneamente” en una estructura tridimensional específica para cada proteína. Si una proteína no se plegara adecuadamente, no sería activa para su específica función biológica. Esto supone el origen de muchas neuropatías
Es decir mediante un proceso espontáneo se genera una gran complejidad a partir de la simplicidad de la sopa primigenia. Por esto se introduce el concepto de código primigenio. Por lo tanto, seguramente generado mediante un proceso de selección natural. En conclusión este código fue lo que dio lugar una forma de vida biológica evolucionable
Información genética requerida
Toda la información genética que expresa el ARN, se escribe con tan solo cuatro letras. Estas son las letras iniciales de la cuatro nucleótidos o bases nitrogenadas (Adenina, Citosina, Guanina y Uracilo). Estas cuatro bases forman la cadena de ARN como sucesivos tripletes de los 4 nucleótidos Realmente los nucleótidos son los monómeros del ARN y ADN
En el ARN, cada uno de estos tripletes consecutivos se denomina codón. Los codones durante el proceso de transcripción se unen con los anticodones. Anticodón es una secuencia de tres bases nitrogenadas ubicada en el ARNt de transferencia, complementaria al codón ubicado en el ARNm mensajero. Este ARNm mensajero viaja al interior de los ribosomas donde se produce la síntesis de las proteínas, trozo a trozo
Descifrado del código genético
En primer lugar , decir que este código es universal, es porque se comparte, con modificaciones relativamente menores, en todos los seres vivos conocidos en la Tierra.
La pregunta: por qué el código genético es (casi) universal.
Una vez descifrado el código genético de Escherichia coli se han descubierto que 64 codones codifican los 20 aminoácidos y dos signos de puntuación necesarios para la síntesis de proteínas. Así que estos dos signos, son las señales de inicio y parada de la síntesis de la cadena de proteína. Pero existe una notable excepción con la selenocisteína y pirrolisina, para las cuales algunos de organismos han desarrollado esquemas de codificación especiales
Cada codón están compuesto por 3 de los 4 posibles nucleótidos (A,C,G,U) Cada codón aporta la información necesaria para transferir la secuencia de nucleótidos del ARNm a la secuencia de aminoácidos de la proteína en el proceso de traducción. Como cada codón ( 3 nucleótidos) codifica un aminoácido, hay 64 codones diferentes por combinación de los 4 nucleótidos en cada una de las 3 posiciones del triplete. (ver tabla de arriba), con los que se codifican 20 aminoácidos más los codones terminación de la traducción y otro codón de inicio de la traducción, el AUG, que codifica la metionina
Los 3 codones de terminación, ocre (UAA), ámbar (UAG) y ópalo (UGA) que al no tener anticodones en el ARNm no codifican ningún aminoácido. Son los que ocasionan el cese de la síntesis proteica. El codón de inicio de traducción es el AUG, que codifica la metionina. La metionina es el primer aminoácido de las proteínas.
Evolución del Código Genético
En consecuencia, al analizar la evolución del código genético desde su origen, nos encontramos con algunos enigmas.
Si cada codón es un triplete de nucleótidos, siendo 4 los posibles nucleótidos, la pregunta que surge es:
Por qué entonces los ribosomas se origina como una máquina basada en tripletes o por qué no doblete.
Ya que codones que difieren en un solo nucleótido (solamente los dos primeros nucleótidos son los relevantes) codifican el mismo aminoácidos. Este fenómeno es la llamada mutación silenciosa
Por ejemplo:
Se supone que solo hay 4 nucleótidos(U,C,A,G) y 20 aminoácidos codificados
Las preguntas sin respuestas sobre origen de la vida en la Tierra
Por qué hay cuatro nucleótidos en el código o por qué el código estándar codifica 20 aminoácidos
Cómo se ha producido la asignación estándar codones a aminoácidos.
Qué ocurre cuándo se produce un error de lectura en los ribosomas
Por lo tanto la transcripción está diseñada para minimizar los posibles errores de lecturas. Un ejemplo, cuanto mayor es la frecuencia de un aminoácido en las proteínas, mayor es el número de codones sinónimos para dicho aminoácido
Por consiguiente la estructura del código parece no haber cambiado a lo largo de toda la historia de la vida. Esta universalidad del código genético y la no aleatoriedad manifiesta de su estructura no parece tener ninguna explicación lógica
El código de la tabla de arriba es un desafío. El que sea un diseño tan robusto, parece no haber formas de introducir cambios al código genético estándar sugiere. La estructura del código podría no ser accidental.
Teorías de asignación de los aminoácidos con el código genético
Para explicar el origen de la vida en la Tierra se han propuesto tres teorías que explican la asignación de aminoácidos en el código genético estándar a factores fisicoquímicos o biológicos o una combinación de los mismos: teoría estereoquímica, teoría adaptativa , y teoría de la coevaluación. Todas ellas en periodo análisis y evaluación.
A pesar de una larga historia de investigación y acumulación de resultados experimentales ninguna de las tres principales teorías sobre la naturaleza y evolución del código genético está inequívocamente respaldada por los datos actualmente disponibles.
Se han realizado muy pocos avances definitivos.
Pero independientemente de la naturaleza del mecanismo que ocasiona la selectividad en el código, es un hecho que el código estándar es muy robusto. Parece estar diseñado para reducir las lecturas erróneas de traducción y las mutaciones. Por lo tanto, es un código sobradamente optimizado
Más preguntas intrigantes asociadas con la evolución del Código Genético:
Cuánta evolución experimentó el código estándar y cuál sería el punto de partida más probable para dicha evolución.
¿Cómo evolucionó el código . Lo sabremos alguna vez)?
Cualquier modelo evolutivo del código de origen seguirá estando vacío de contenido. Se requiere la comprensión del origen del principio de codificación en sí y el sistema de traducción que lo incorpora. Por lo tanto el núcleo de este problema es un círculo vicioso
¿Cuál fue la fuerza selectiva que está detrás de la evolución del sistema de traducción extremadamente complejo antes de que hubiera proteínas funcionales?
Y lógicamente nunca hubiera habido proteínas sin un sistema de traducción tan robusto, eficaz y eficiente como el establecido en nuestro código genético .
Se han propuesto una variedad de hipótesis en los intentos de romper el círculo vicioso. Pero hasta ahora ninguna de estas parece ser lo suficientemente coherente o goza de suficiente apoyo para considerarse como de una teoría real.
Bibliografía relacionada con la evolución del código genético
An interpretative review of the origin of life research.
On the origin of the translation system and the genetic code in the RNA
The driving force for molecular evolution of translation
Origin and evolution of the genetic code: the universal enigma