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El Mundo ATN

Por :José Armesto

El ADN es el ladrillo con el que se construye la vida sobre la Tierra. Pero el ADN --ácido desoxirribonucleico-- es una molécula extremadamente compleja y podría no haberse conformado a si misma espontáneamente.

Por Grupo de Comunicaciones de ciencia

El ADN es el ladrillo con el que se construye la vida sobre la Tierra. Pero el ADN --ácido desoxirribonucleico-- es una molécula extremadamente compleja y podría no haberse conformado a si misma espontáneamente. ¿A partir de qué se desarrolló? Los astrobiólogos examinan los posibles antecesores del ADN: ácidos nucleicos llamados ANP, p-ARN y ATN.

Todos sabemos que el ADN (figura 1) forma los bloques de construcción para la vida en la Tierra. Pero el ADN --ácido desoxirribonucleico-- es muy complejo. No es probable que apareciese de forma espontánea, sino que debe haber evolucionado a partir de una forma más simple.

Los científicos han propuesto la teoría de que el ARN --ácido ribonucleico (figura 2)-- fue el predecesor del ADN y evolucionó hacia una molécula más compleja. Pero aunque el ARN es ligeramente más simple que el ADN, también es muy complejo. Así que ¿cuál es el antecesor del ARN? Un reciente informe sugiere que puede haber sido otro ácido nucleico llamado (L)-a-treofuranosil oligonucleótido, denominado también ATN.

El Dr. Albert Eschenmoser y sus colegas en el Instituto de Investigación Scripps de La Jolla, California, y el Instituto Federal de Tecnología de Zurich, Suiza, sintetizaron químicamente ATN en varios pasos. Hallaron que las cadenas complementarias de ATN pueden formar dobles hélices estables. Se considera que esta capacidad es uno de los requisitos que debe cumplir cualquier sistema para que sea considerado como un posible ancestro del ARN. Un segundo requisito es que debería ser una molécula más simple que el ARN.

Según Eschenmoser, la síntesis de ATN es parte de un proyecto global de una década de duración que se propuso el entendimiento del origen del ARN. Para investigar los potenciales precursores del ARN, los científicos han estado creando ácidos nucleicos que fuesen similares estructuralmente al ARN. Estudian las propiedades de las alternativas, tales como el ATN, y las comparan con las propiedades correspondientes del ARN.

El ATN parece ser muy similar al ARN en algunos aspectos, pero sobre todo es una molécula más simple. Parte de esta simplicidad proviene de la estructura de su esqueleto o columna de azúcar-fosfato.

El esqueleto de azúcar-fosfato del ADN proporciona el soporte estructural para una secuencia de moléculas que portan información codificada --las bases adenina, timina, citosina y guanina (conocidas como A, T, C y G)--. En el ARN, la T es reemplazada por una U –uracilo --. Si nos hacemos la imagen mental de una doble hélice, las bases forman los escalones de una escalera espiral mientras que las columnas de azúcar-fosfato forman los pasamanos (Figura 1).

El esqueleto del ADN y del ARN está compuesto de moléculas de azúcar --ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN-- que contienen cinco átomos de carbono. En el ATN, ese esqueleto está compuesto de moléculas de azúcar –treosa-- que contiene sólo cuatro átomos de carbono (Figura 3). Bajo condiciones no biológicas, la treosa se forma más fácilmente que la ribosa.

“Pero no es sólo el número de átomos de carbono lo que hace que la treosa sea una molécula intrínsecamente más simple que la ribosa”, dice Eschenmoser. También está el hecho de que, a diferencia de la ribosa, “la formación de la treosa es más simple y requiere sólo un único tipo de material de inicio”.

El ATN no aparece de forma natural en la actualidad. Los científicos tienen que crearlo en el laboratorio para estudiarlo. Puesto que no podemos volver atrás en el tiempo para ser testigos de la evolución de los ácidos nucleicos, nunca seremos capaces de probar si el ATN natural hizo su aparición en la Tierra. Además, dice Eschenmoser, “hablar acerca del ATN como un posible ancestro del ARN es prematuro todavía”.

Pero los científicos pueden examinar las propiedades básicas del ATN y determinar si podría haberse formado en el ambiente prebiótico de la Tierra. “La razón para sintetizarlo y estudiarlo”, explica Eschenmoser, es “indagar en la vecindad estructural del ARN para encontrar los potenciales ácidos nucleicos alternativos que podrían haber llevado a cabo la función de un sistema genético.”

El hecho de que el ATN sea actualmente sintético no excluye la posibilidad de que podría haberse formado en la Tierra temprana. Porque las condiciones de una Tierra primitiva eran tan diferentes --poco oxígeno atmosférico, radiación ultravioleta alta, temperaturas posiblemente más altas y actividad volcánica-- que las sustancias químicas pueden haberse combinado en formas muy diferentes de las que lo hacen en los ambientes actuales.

“Puesto que la evidencia directa ha desaparecido, necesitamos un químico inventivo que construya un escenario persuasivo”, dice el Dr. Leslie Orgel del Instituto Salk de Estudios Biológicos. “El tema importante es si es posible o no sintetizar ATN usando química potencialmente prebiótica. Eso todavía hay que verlo.”

Los científicos que estudian los orígenes del ADN se enfrentan a una paradoja. El ADN necesita ciertas proteínas para replicarse. Pero para hacer las proteínas adecuadas a esta función, las células modernas necesitan tener ADN. Puesto que el ADN y las proteínas dependen el uno del otro, es difícil ver como cualquiera de ellos pudo haber aparecido primero. Una respuesta a este acertijo es la teoría del mundo ARN, la cual sugiere que tanto el ADN como las proteínas podrían ser descendientes del ARN.

Pero, ¿de dónde viene el ARN? Hasta ahora, nadie ha sido capaz de formar ARN en laboratorio bajo condiciones que mimeticen aquellas que se cree que fueron las que existían en la Tierra primitiva. Algunos científicos también se preguntan si los ácidos nucleicos con un eje de ribosa, o cualquier otra molécula de azúcar, serían lo bastante estables para sobrevivir en las duras condiciones de la Tierra primigenia.

Así pues, se está generalmente de acuerdo en que el ARN debe haberse desarrollado a partir de una forma anterior. Mientras tanto, el ATN es un buen candidato pero otros polímeros que exhiban autorreplicación y bases pareadas podrían haber evolucionado a ARN. El piranosil-ARN (p-ARN) y el ácido nucleico peptídico (ANP) son dos de estas alternativas.

El ATN es “la mejor de largo”, dice Orgel, “pero el ANP y el p-ARN también son posibles”.

Como el ATN, el p-ARN se diferencia del ARN y del ADN en el tipo de azúcar que forma su esqueleto azúcar-fosfato. El p-ARN puede doblarse también para formar una doble hélice (Figura 5). Pero las dobles hélices del p-ARN son estructuralmente incompatibles con las formadas por ADN y ARN. Así que el p-ARN no habría sido capaz de intercambiar información con el ARN, por lo que es un antecesor del ARN poco probable.

La otra alternativa –ANP-- puede ser un candidato más probable. El ANP tiene el mismo esqueleto químico que las proteínas y usa las mismas bases nucleotídicas que el ARN (A, G, U y C). Puede mimetizar el comportamiento del ADN y puede unirse a una cadena simple de ADN. Experimentos recientes sugieren que los componentes del ANP pueden sintetizarse en condiciones prebióticas. Aunque el ANP tiene un eje rígido que parece impedirle llevar a cabo las mismas funciones catalíticas que el ARN, el ANP sigue siendo un fuerte contendiente como ancestro del ARN.

¿Qué viene a continuación?

Los planes de Eschenmoser son continuar trabajando en el ATN, incluyendo la investigación de los análogos del ATN.

“Continuar con el programa de Eschenmoser es obviamente importante,” dice Orgel. Pero, añade, “la búsqueda de tipos completamente diferentes de moléculas informacionales, por ejemplo péptidos que podrían replicarse, merece también la pena.”