¿Cómo se formaron por primera vez los elementos básicos de la vida en la Tierra primitiva? Hasta ahora, solo están disponibles respuestas parcialmente satisfactorias a esta pregunta. Sin embargo, una cosa está clara: el proceso de evolución biológica que ha dado lugar a la diversidad de la vida en nuestro planeta debe haber estado precedido por una fase de evolución química. Durante esta etapa 'prebiótica', las primeras moléculas poliméricas capaces de almacenar información y reproducirse a sí mismas fueron ensambladas al azar a partir de precursores orgánicos que estaban disponibles en la Tierra primitiva. Los replicadores más eficientes evolucionaron posteriormente a los ácidos nucleicos de información macromolecular, el ADN y el ARN, que se convirtieron en la base de todas las formas de vida en nuestro planeta.

Durante miles de millones de años, el ADN ha sido el principal portador de información hereditaria en organismos biológicos. Las cadenas de ADN están compuestas por cuatro tipos de subunidades químicas, y la información genética que contiene está codificada en la secuencia lineal de estos "nucleósidos". Además, las cuatro subunidades comprenden dos pares complementarios. Las interacciones entre dos cadenas con secuencias complementarias son responsables de la formación de la famosa doble hélice y desempeñan un papel crucial en la replicación del ADN. El ARN también tiene funciones vitales en la replicación del ADN y en la traducción de secuencias de nucleótidos en proteínas.

¿Cuál de estos dos tipos de ácido nucleico vino primero? La respuesta unánime a esa pregunta hasta ahora fue el ARN. Los modelos plausibles que explican cómo las moléculas de ARN podrían haberse sintetizado a partir de compuestos precursores en entornos prebióticos se propusieron por primera vez hace décadas, y desde entonces han recibido un apoyo experimental sustancial. Además, su versatilidad conformacional permite que el ARN almacene información y actúe como un catalizador. Estas ideas han llevado a la idea de un "mundo de ARN" que precedió a la aparición del ADN, que ahora está bien establecido entre los especialistas. ¿Cómo entonces se sintetizaron las primeras subunidades de ADN? La opinión generalmente aceptada es que este proceso fue catalizado por una enzima, una biomolécula comparativamente compleja cuya emergencia habría requerido millones de años de evolución.

Pero ahora, un equipo de químicos liderado por el profesor Oliver Trapp de LMU ha propuesto un mecanismo mucho más directo para la síntesis de subunidades de ADN a partir de compuestos orgánicos que hubieran estado presentes en un ambiente prebiótico. "La vía de reacción es relativamente simple", dice Trapp, lo que sugiere que podría haberse realizado en un entorno prebiótico. Por ejemplo, no requiere variaciones en los parámetros de reacción, como la temperatura. En los experimentos de Trapp, los ingredientes necesarios son agua, un pH levemente alcalino y temperaturas entre 40 y 70 ° C. Bajo tales condiciones, se logran velocidades de reacción y rendimientos de producto adecuadamente altos, con alta selectividad y estereoquímica correcta.

Cada una de las subunidades de nucleósidos que se encuentran en el ADN se compone de una base que contiene nitrógeno y un azúcar llamada desoxirribosa. Hasta ahora, se pensaba que los desoxinucleósidos solo podían sintetizarse en condiciones prebióticas mediante el acoplamiento directo de estos dos componentes preformados. Pero nunca se había propuesto ningún mecanismo no enzimático plausible para tal paso. La característica esencial de la nueva vía, como explica Trapp, es que el azúcar no está vinculado a la base en un solo paso. En su lugar, se construye sobre la base preformada mediante una breve secuencia de pasos de reacción que involucran moléculas orgánicas simples como el acetaldehído y el gliceraldehído. Además, los investigadores de LMU han identificado una segunda familia de posibles precursores de ADN en los que el resto de desoxirribosa se reemplaza por un azúcar diferente.

Según los autores del estudio, estos resultados sugieren que las primeras moléculas de ADN podrían haber aparecido en paralelo con el ARN, hace unos 4 mil millones de años. Esto significaría que las moléculas de ADN surgieron unos 400 millones de años antes de lo que se pensaba.

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Materiales proporcionados por Ludwig-Maximilians-Universität München. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.