¿Cómo es posible la vida si los d-azúcares y l-aminoácidos se extraen de la sopa primordial a un ritmo más rápido que la producción abiótica?

• ¿Cómo es posible la vida si los d-azúcares y l-aminoácidos se extraen de la sopa primordial a un ritmo más rápido que la producción abiótica?

Daniel Muller Nel hizo la pregunta y motivó sus razones:

Una reacción que arrancó selectivamente los bloques de construcción diestros de la sopa primordial empezaría a crear rápidamente moléculas diestras, del mismo modo que una máquina que selecciona legos rojos o solo azules de una caja mixta crearía torres de un solo color.

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Nuevo giro encontrado en la historia de la vida | Revista Quanta

“El constructor de la torre roja eventualmente se quedará sin bloques rojos y el proceso de construcción se detendrá si los d-azúcares y l-aminoácidos se extraen de la sopa primordial a un ritmo que excede la tasa de producción de Miller-Urey los elantiomeros opuestos son seleccionados ”

Una pregunta muy interesante y válida. Se escribieron numerosos artículos de investigación y revisión sobre este y otros temas similares.

Para analizar su respuesta, es importante estudiar ahora el conocimiento disponible sobre la producción prebiótica (o abiótica) y la estabilidad de los componentes básicos (nutrientes) necesarios para construir la vida.

Comencemos por el principio, el experimento original que produce algunos de los bloques de construcción de una manera prebiótica posible, de la manera que era posible en la tierra prehistórica temprana. The MILLER-UREY http://experiment.to al que se refiere Daniel.

Una producción de aminoácidos en condiciones de tierra primitivas posibles

Science Vol 117 Issue 3046 page 528 Aprir 25, 1953

[lamentablemente no hay un artículo “abierto” disponible]

El primer experimento que indica que los bloques de construcción de la vida podrían producirse en la atmósfera primitiva de la tierra.

En los años transcurridos desde el trabajo de Miller, se han probado muchas variantes de su procedimiento. Prácticamente todas las moléculas pequeñas que están asociadas con la vida se han formado:

17 de los 20 aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas, y

todas las purinas y pirimidinas utilizadas en la síntesis de ácidos nucleicos.

Pero la síntesis abiótica de ribosa y, por lo tanto, de nucleótidos, ha sido mucho más difícil.

•

Miller se dio cuenta de que no iba a ser sencillo.

Consulte los siguientes artículos de investigación y revisión con Stanley Miller como coautor.

http://www.pnas.org/content/92/1…

Tasas de descomposición de ribosa y otros azúcares – PNAS

30 de mayo de 1995 – (mundo de ARN / prernando de ARN / estabilidad de ribosa). ROSA LARRALDE *, MICHAEL P. ROBERTSONt, Y STANLEY L. MILLER

OUACIONES del artículo:

‘

“Primero, la polimerización de formaldehído en azúcares, conocida como la reacción formosa o de Butlerow, produce casi todas las pentosas y hexosas posibles, incluidos los azúcares de cadena ramificada, sin selectividad por la ribosa (10, 11). Además, aunque la reacción formosa funciona en condiciones prebióticas, no es particularmente eficiente (12, 13). Otro problema es que la síntesis de nucleósidos del calentamiento de purinas con ribosa es ineficaz y no funciona en absoluto con las pirimidinas (14, 15). Incluso si los nucleósidos pudieran sintetizarse de manera eficiente, los productos serían racémicos, lo que conduciría a dificultades de inhibición cruzada enantioméricas en las polimerizaciones de plantilla (16). Existe un problema adicional tan severo como cualquiera de los anteriores: la estabilidad de la ribosa. Los azúcares son bien conocidos por ser inestables en ácido y base (17-21), pero hay pocos datos para soluciones neutras (22, 23). Encontramos que la ribosa y otros azúcares tienen vidas medias sorprendentemente cortas para la descomposición a pH neutro, por lo que es muy poco probable que los azúcares estuvieran disponibles como reactivos prebióticos. ”

“A menos que los coeficientes de temperatura de estas descomposiciones difieran en gran medida de los de la ribosa, está claro que estos otros azúcares son tan improbables como la ribosa que haya estado disponible en el mundo prebiótico. ‘

” CONCLUSIÓN

Los resultados anteriores muestran que las consideraciones de estabilidad excluyen el uso de ribosa y otros azúcares como reactivos prebióticos, excepto en condiciones muy especiales. De ello se desprende que la ribosa y otros azúcares no eran componentes del primer material genético y que deberían examinarse otras posibilidades, como los ácidos nucleicos peptídicos (36) y otras cadenas principales no basadas en azúcar. ”

http://www.cell.com/cell/abstrac…

El origen y la evolución temprana de la vida: química prebiótica, el mundo previo al ARN y el tiempo

Antonio Lazcano Stanley L Miller

HAGA CLIC EN TEXTO COMPLETO

CUENTAS del artículo

“Que cualquier síntesis prebiótica de ribosa o nucleósidos daría una mezcla racémica, y todos los experimentos de polimerización hasta ahora muestran inhibición cruzada enantiomérica”, sin embargo, las cantidades de polifosfatos producidos son tan pequeñas que incluso una gran actividad volcánica en la Tierra primitiva no haría polifosfatos disponibles como reactivos prebióticos útiles, excepto por su concentración en áreas muy locales. Podría argumentarse que los primeros sistemas autorreplicantes surgieron en entornos tan raros

. Consideramos que esto es poco probable, pero tal posibilidad no puede excluirse por completo

Si se supone que la vida surgió en una sopa prebiótica que contiene la mayoría, si no todas, de las moléculas pequeñas necesarias, entonces hubo un gran suministro de energía potencial disponible en la Tierra primitiva desde diferentes fermentaciones. Está claro que tales compuestos podrían proporcionar tanto el crecimiento como el suministro de energía de una gran cantidad de organismos, pero esto provocaría rápidamente el agotamiento de los nutrientes disponibles “(tocando la pregunta de Daniel).

Miller mencionó la inestabilidad, el suministro limitado de algunos de los componentes básicos y el hecho de que se producen mezclas racémicas, con la posibilidad resultante de inhibición cruzada enantiomérica.

Estos dos artículos se publicaron entre 1995 y 1998. Los enantiómeros, la quiralidad y la inhibición cruzada enantiomérica siguen siendo cuestiones importantes con respecto al origen de la vida, incluso 25 años después.

Echemos un vistazo a algunas de las últimas investigaciones (seleccioné dos artículos recientes de una gran base de datos). Uno es un artículo de revisión escrito por Donna Blackmond que examina las posibilidades de cómo se podría haber logrado la homoquirilitud y el otro se ha investigado por Jonathan Sczepanski y Gerald Joyce sobre el desarrollo de una ribozima polimerasa cruzada quiral.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc…

Cold Spring Harb Perspect Biol. Mayo 2010; 2 (5): a002147.

doi: 10.1101 / cshperspect.a002147

PMCID: PMC2857173

El origen de la homoquiralidad biológica

Donna G. Blackmond

Citas del artículo

“Más recientemente, una serie de investigaciones teóricas y experimentales han ayudado a delinear modelos de cómo un enantiómero podría haber llegado a dominar sobre el otro de lo que presumiblemente era un mundo prebiótico racémico”.

“La fuerza impulsora científica para este trabajo surge del interés por comprender el origen de la vida, porque la homoquiralidad de las moléculas biológicas es una firma de la vida”.

“Las moléculas quirales en los organismos vivos en la naturaleza existen casi exclusivamente como enantiómeros individuales, una propiedad que es crítica para el reconocimiento molecular y los procesos de replicación y, por lo tanto, parece ser un requisito previo para el origen de la vida”.

n mecanismo de amplificación sigue siendo la clave para aumentar el exceso enantiomérico y finalmente acercarse al estado homoquiral ”

COMENTARIO; ¿Cómo encontró la “naturaleza” una manera de producir máquinas selectoras de d-azúcares y selectoras de l-aminoácidos? La búsqueda de una respuesta es un esfuerzo constante entre los investigadores de origen de la vida.

Si el tempo de selección supera la tasa de síntesis prebiótica de los bloques de construcción, las máquinas seleccionarán en realidad en tiempo real los enantiómeros opuestos, agotando la disponibilidad del que están eliminando.

Este artículo investiga la posibilidad de que la química autocatalítica y la amnesia quiral sean posibles explicaciones para un mundo homoquiral. (la formación de cristales puede cambiar moléculas de un anantiómero a otro).

{\ displaystyle A + B \ rightleftharpoons 2B} “”

Por lo tanto, Blackmond propuso reacciones autocatalíticas y cristalización asociadas a la amnesia quiral como posibles máquinas homociróticas selectivas.

(Auticatylismo ocurre cuando uno de los reactivos es también uno de los productos de una reacción química.

Ejemplos: X + Y ↔ 2X

X + Y + B ↔ H + 2X

X experimentó autocatálisis en ambos ejemplos)

Otra cita

“La comparación de la amnesia quiral y los modelos de comportamiento de la fase de ingeniería de cristal para el origen de la homoquiralidad revelan que son complementarios en muchos sentidos: el primero produce homoquiralidad en fase sólida mientras que el segundo proporciona enantioenriquecimiento de la fase de solución; el modelo de amnesia quiral convierte un enantiómero al otro, mientras que el modelo de ingeniería cristalina simplemente divide las moléculas existentes entre fases. La amnesia quiral se puede aplicar solo a las moléculas que forman conglomerados, lo que significa que solo alrededor del 10% de los compuestos quirales conocidos son candidatos para el enantioenriquecimiento por este modelo. Por otro lado, alrededor del 85% de los compuestos quirales podrían ser susceptibles a la partición selectiva proporcionada por el modo de ingeniería de cristal

{\ displaystyle A + B \ rightleftharpoons 2B}

Una ribozima de polimerasa de ARN cruzada quiral

Naturaleza. 20 de noviembre de 2014; 515 (7527): 440 – 442.

Publicado en línea el 29 de octubre de 2014. doi: 10.1038 / nature13900A Ribozima de ARN polimerasa cruzada quiral

Jonathan T. Sczepanski y Gerald F. Joyce

Quatesdesde este artículo

“Las ventajas de una polimerasa cruzada quiral para la vida basada en ARN son dobles: en primer lugar, se utilizan ambos enantiómeros, por lo que la polimerización no agota el suministro del enantiómero” correcto “; y segundo, la interacción entre D- y L-RNA no permite pares consecutivos de Watson-Crick que puedan contribuir al sesgo de la secuencia ”

Confirmando la pregunta de Daniel como una muy válida. .

“La búsqueda de una ARN polimerasa cruzada quiral comenzó con una población de 1015 D-ARN de secuencia aleatoria que se unieron mediante un enlazador flexible a la cadena plantilla de un complejo plantilla-cebador compuesto por L-ARN”.

“Las ventajas de una polimerasa cruzada quiral para la vida basada en ARN son dobles: en primer lugar, se utilizan ambos enantiómeros, por lo que la polimerización no agota el suministro del enantiómero” correcto “; y segundo, la interacción entre D- y L-RNA no permite pares consecutivos de Watson-Crick que puedan contribuir al sesgo de la secuencia ”

“Las enzimas D-RNA se prepararon mediante transcripción in vitro de plantillas de dsDNA, que se generaron por extensión cruzada ‘

“El dsDNA amplificado de la ronda 16 fue clonado y secuenciado”

COMENTARIO Algunos de los materiales utilizados (materiales que eran necesarios para la conclusión exitosa de sus experimentos) probablemente no estaban disponibles en la sopa primordial:

(i) Los oligonucleótidos se compraron de IDT (San Diego, CA) o se prepararon mediante síntesis en fase sólida usando un sintetizador de ADN / ARN Expedite 8909. …

(ii) La ARN polimerasa T7 marcada con histidina se purificó a partir de la cepa BL21 de E. coli que contiene el plásmido pBH161 (proporcionado por William McAllister, Universidad Estatal de Nueva York, Brooklyn).

(iii) La ADN polimerasa de Thermus aquaticus (Taq) se clonó a partir de ADN genómico total y se preparó como se describió previamente.

(iv) La ARN ligasa del bacteriófago T4 se clonó a partir de ADN genómico total

(v) La ARNasa A y el ARNt se compraron de Roche Applied Science (Indianápolis, IN) y se pasaron a través de un filtro de 0,2 nm antes de su uso.

COMMNT Consulte la sección “MÉTODOS EN LÍNEA” del artículo para obtener una lista completa.

Daniel citó de un artículo en Quanta Magazine. Sin embargo, la revista entendió mal su analogía, la máquina no selecciona un color en particular, la “máquina Joyce” agarra cualquier bloque y cambia a todos los que capta, en el mismo color que los otros bloques agarrados.

¿Respondieron Dczepanski y Joyce a la pregunta de Daniel? ¿O solo parcialmente?

¿Por qué parcialmente?

Los investigadores usaron sustancias químicas que son muy poco probables en una tierra prebiótica. Usaron sustancias que se originaron en la vida biótica y la manipularon enzimáticamente de acuerdo con las leyes del código genético.

Parece ser capaz de responder a su pregunta con más detalle, el origen del código genético merece un análisis más detallado.

El origen y la evolución del código está en la raíz del misterio de la vida, y probablemente sea más importante que la homoquiralidad. Los siguientes artículos son seleccionados para ilustrar mi punto .:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc…

Origen y evolución del código genético: el enigma universal

Eugene V. Koonin * y Artem S. Novozhilov

Cita del artículo:

“Resumiendo el estado del arte en el estudio de la evolución del código, no podemos escapar al considerable escepticismo. Parece que la pregunta fundamental en dos frentes: “¿por qué el código genético es como es y cómo llegó a ser?”, Que se preguntó hace más de 50 años, en los albores de la biología molecular, podría seguir siendo pertinente incluso en otros 50 años. Nuestro consuelo es que no podemos pensar en un problema más fundamental en biología.

La filogenómica estructural vuelve a introducir el origen del código genético y descubre el impacto evolutivo de la flexibilidad de la proteína

La filogenómica estructural vuelve a introducir el origen del código genético y descubre el impacto evolutivo de la flexibilidad de la proteína

• Gustavo Caetano-Anollés,

• Minglei Wang,

• Derek Caetano-Anollés

•

Citas del artículo:

“El código genético da forma al depósito genético. Su origen ha desconcertado a los científicos moleculares durante más de medio siglo y sigue siendo un misterio de larga data. Aquí mostramos que el origen del código genético está estrechamente relacionado con la historia de las enzimas aminoacil-ARNt sintetasa y sus interacciones con ARNt. ”

“Para apoyar esta afirmación, nos centramos en el impacto esperado de la síntesis de dipéptidos en la composición del enlace peptídico (dipéptido) de las estructuras de proteínas (Figura 5). Los dipéptidos proporcionan firmas únicas de la estructura del doblez [44] con poder de predicción que coincide con el de los dominios [45]. Sin embargo, para evitar los efectos evolutivos modernos de reclutamiento de dominios y reordenamientos y descontar posibles ambigüedades estructurales, se seleccionaron 2,384 proteínas de dominio único con asignaciones de 1,475 FF de nuestro conjunto inicial de 204,531 entradas estructurales (Figura 1C). Esto permitió un seguimiento preciso de los dipéptidos en modelos estructurales de alta calidad. Las representaciones simples del mapa de calor muestran el monómero de aminoácido y la composición del dipéptido para cada FF mapeado a lo largo de la línea de tiempo “.

¿Nos están llevando de vuelta a la pregunta de Daniel? La formación del L-dipéptido elimina los aminoácidos de la sopa y la posibilidad de que se agote el ácido l-amónico es otra vez una preocupación al responder la pregunta de Daniel. La producción continua de dipéptidos (moléculas formadas por la combinación de dos aminoácidos) elimina los aminoácidos de la sopa. (causando el agotamiento de ellos en la sopa).

Para ser compatibles con el desarrollo de la vida, los dipéptidos que se forman deben ser l-dipéptidos y no d-pipeptidos. La posibilidad de agotamiento del ácido l-amono es, por lo tanto, una posibilidad.

Otra cita

“Tres de los otros 6 aminoácidos (Gly, Glu y Asp), junto con Ala, Val, Ile, Leu, estuvieron altamente representados en los experimentos de Urey-Miller [47] y se consideran prebióticamente abundantes y propensos a la formación de dipéptidos prebióticos”

COMENTARIO: … pero podría llevar a una escasez de los “l” aminoácidos mencionados si se están incorporando efectivamente en dipéptidos.

Un excelente artículo pero Caetano-Anollés descuidó la cuestión de la quiralidía. Su proceso evolutivo propuesto depende de d-ribosa, d-tRNA, l-aminoácidos, l-amino polipetidas y -polipéptidos.

Compare todas las referencias anteriores a los artículos científicos con los requisitos conocidos de la vida (más bien la vida celular, la única forma conocida de la vida real). (Nunca se ha demostrado que el ARN y el ADN sean funcionales fuera de una célula, excepto en entornos de laboratorio altamente regulados y controlados eficazmente),

¿Cuáles son los requisitos mínimos para la supervivencia celular? ? No sabemos, pero nos referimos a las siguientes o posibles pistas:

La celda mínima del J Craig Venter Institute.

Diseño y síntesis de un genoma bacteriano mínimo

2. El premio Nobel de química 2015.

El Premio Nobel de Química 2015

Daniel, usted hizo una pregunta muy importante y una respuesta realmente satisfactoria sigue evitando a la comunidad científica a pesar de muchos años de investigación e investigación.

Mi respuesta a la pregunta es el resumen del artículo de revisión de Konin y Anovozhilov. Sumario es aplicable a su punto de vista sobre el código genético, pero en mi opinión también se aplica al problema de quiralidad como el segundo

pregunta fundamental en biología.

“Nuestro consuelo es que no podemos pensar en un problema más fundamental en biología. “(Como el origen del CÓDIGO)

Los problemas existentes: \

Problema de quiralidad

Código problemático

Los portadores de código inestables no son lo suficientemente estables como para contener memoria lo suficiente como para permitir que se desarrolle un código.

¿Precedió el código todo y fue capaz de producir el hardware necesario para mantener la vida, desde el principio (como lo está haciendo ahora)?

Lo siento, Daniel, la respuesta todavía está en el ojo del espectador. Lea todas las referencias cuidadosamente y decida por usted mismo

Es, la respuesta depende de la especulación influenciada por una visión del mundo ateísta frente a una teísta.