Volumen 3 - Nº 17
Marzo/Abril 1992 


LA SÍNTESIS PRIMITIVA DE ARN

El camino construido por los científicos para explicar la síntesis primitiva de ARN consta de cinco etapas sucesivas. La primera simula la mezcla de gases que constituían la atmósfera de la Tierra primitiva, sometida a constantes descargas eléctricas. En estas condiciones se forman cantidades apreciables de gas cianhídrico (HCN) y de formaldehído (HCOH). Como ambos compuestos son destruidos rápidamente por la radiación ultravioleta, deben imaginarse mecanismos primitivos para protegerlos o concentrarlos. La adsorción en la superficie de minerales de arcilla o de fosfato (presentes en los ríos, estuarios y océanos del pasado remoto), es capaz de concentrar el HCOH. Por su parte, el HCN podría haberse concentrado durante el congelamiento de los ambientes acuosos. Como el HCN no se disuelve en el hielo, a medida que parte del agua se solidifica, la concentración de HCN aumenta en el agua que permanece líquida.

Otro hecho que reduciría la disponibilidad del HCN y del HCOH es que ambos reaccionan entre sí formando gliconitrilo. Como veremos, éste cumple una función importante en la segunda etapa del camino de síntesis.

En esta segunda etapa ocurriría la polimerización del HCN, un proceso relativamente simple que tiene buen rendimiento. Esta reacción puede formar las llamadas bases purínicas incluyendo la adenina y la guanina, que son constituyentes del ARN. La reacción que conduce a estos productos es acelerada por el gliconitrilo que se forma en la primera etapa del camino de síntesis. Por lo tanto no parece difícil imaginar que en los ambientes acuáticos primitivos pudiera existir una cantidad razonable de purinas. Lo que presenta grandes dificultades es suponer que podría producirse en las condiciones primitivas la síntesis de las llamadas bases pirimidínicas, que forman parte del actual ARN. La formación de estos compuestos se enfrenta con, por lo menos, dos problemas: rendimientos muy bajos y caminos de síntesis muy complejos.


Un camino probable de síntesis de un polinucleótido de adenina (poli-A) como ejemplo de un posible mecanismo de formación de ARN en el ambiente primitivo de la Tierra.

En esta segunda etapa también se habría producido la síntesis de ribosa a partir de la condensación del HCOH (reacción de Butlerov). Esta reacción da lugar a muchos otros monosacáridos (azúcares simples) aparte de la ribosa, reduciendo así el rendimiento de la síntesis de esta última. Quedan aún dos problemas adicionales asociados a la síntesis de ribosa. El primero es que este compuesto es muy inestable y se descompone rápidamente después de su formación, el segundo consiste en que la reacción de Butlerov es fuertemente inhibida por el gliconitrilo.

En la tercera etapa se habría producido la condensación de la ribosa con las bases purínicas para constituir los ribonucleósidos. Esto habría ocurrido en fase sólida, vale decir en ausencia de solvente, y es una reacción admisible desde el punto de vista evolutivo ya que se produce con rendimientos razonables (del orden del 10%). Por otra parte, la formación de ribonucleósidos con bases pirimidínicas es muy difícil, lo que nuevamente sugiere que estos compuestos probablemente no se acumularon en cantidades significativas en los ambientes primitivos.

La cuarta etapa es la fosforilación de los ribonucleósidos por fosfato inorgánico para constituir ribonucleótidos. Este fenómeno se enfrenta con dos restricciones principales. En primer lugar, no debe haber sido posible la utilización de agentes condensantes nitrogenados por ser ellos muy inestables. En segundo lugar, el requerimiento de temperaturas muy elevadas para fosforilar ribonucleósidos en ausencia de agentes condensantes favorece su descomposición y restringe la reacción sólo a los ambientes volcánicos. Cuando para la síntesis se utiliza a los polifosfatos (polímeros formados por muchas moléculas de fosfato) como agentes fosforilantes, el problema subsiste dado que la formación de polifosfatos requiere también agentes condensantes nitrogenados o altas temperaturas.

En 1988, trabajando con el científico de origen argentino Adalberto Vieyra, del Departamento de Bioquímica de la Universidad Federal de Río de Janeiro, obtuvimos datos experimentales que demostraban que un tipo especial de polifosfato, el pirofosfato, puede ser sintetizado a bajas temperaturas si la reacción transcurre en la superficie de minerales de fosfato. Observamos que el pirofosfato se forma a partir del agente fosforilante fosfoenolpiruvato y de fosfato insoluble. La condensación espontánea de fosfato insoluble constituye una salida elegante para explicar la posibilidad de la fosforilación prebiótica de nucleósidos a partir de pirofosfato.

Nuestro equipo (con la colaboración de Ana Tessi) verificó también que el ribonucleótido adenosina 5' monofosfato (5'-AMP) es capaz de concentrarse hasta cien veces por adsorción en la superficie del fosfato de calcio. Sin embargo este fenómeno no ocurre en presencia de polifosfatos en concentraciones elevadas. En otros laboratorios se comprobó que el 5'-AMP se concentra en la superficie de minerales de arcilla o yeso. Estos resultados sugieren que los ribonucleótidos, aunque se formaran en pequeñas cantidades, podrían concentrarse en superficies minerales. Ello favorecería, en estas superficies, las reacciones químicas en las que participan los ribonucleótidos, incluso su polimerización.

En la quinta etapa se formarían polirribonucleótidos por la reacción de condensación de ribonucleótidos activados. Estos compuestos serían ribonucleósidos con dos o tres moléculas de fosfato o ribonucleósidos con un solo fosfato ligado a un grupo activador nitrogenado. Estos últimos son ejemplos de compuestos que se polimerizan con facilidad. Sin embargo, las reacciones de polimerización primitiva presentan algunas dificultades. La principal es la excesiva formación de las uniones que ligan una molécula de fosfato con los carbonos que ocupan las posiciones 2 y 5 (llamadas uniones 2'-5') en las ribosas de los ribonucleótidos que constituyen el polímero. Esto no ocurre en el ARN actual, que presenta sólo uniones --llamadas uniones 3'-5'- entre los carbonos 3 y 5 (véase la figura 1). La presencia durante las reacciones de polimerización de cationes de metales es capaz de aumentar significativamente la presencia de uniones 3'-5' en relación a las 2'-5'. Por otra parte, las uniones 2'-5' son más lábiles ante la hidrólisis que las uniones 3'-5'. Así es posible imaginar un proceso de selección química que favorezca los polímeros cuyos componentes estén asociados por uniones 3'-5'.

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