Buscar

MUNDIARIO

Los componentes básicos de las proteínas pueden estabilizar las membranas celulares

El hallazgo puede explicar cómo surgieron las primeras células de la sopa primordial hace miles de millones de años.

Los componentes básicos de las proteínas pueden estabilizar las membranas celulares
Células. / Enric Corbera Institute.
Células. / Enric Corbera Institute.

Firma

Sara Rada

Sara Rada

La autora, SARA RADA, es colaboradora de MUNDIARIO. Comunicadora social venezolana, ejerce como redactora creativa y productora audiovisual en distintos medios digitales internacionales. @mundiario

Los científicos han descubierto que los componentes básicos de las proteínas pueden estabilizar las membranas celulares. Este hallazgo puede explicar cómo surgieron las primeras células de la sopa primordial hace miles de millones de años: los bloques de construcción de proteínas podrían haber estabilizado las membranas celulares contra la sal y los iones que estaban presentes en los antiguos océanos. Además, las membranas pueden haber sido un sitio para que estas moléculas precursoras se co-localicen, un mecanismo potencial para explicar qué reunió los ingredientes para la vida.

La vida en la Tierra surgió hace unos 4 mil millones de años cuando las primeras células se formaron dentro de una sopa primordial de compuestos químicos complejos y ricos en carbono. Estas células enfrentaron un enigma químico. Necesitaban iones particulares de la sopa para realizar funciones básicas, pero esos iones cargados habrían alterado las membranas simples que encapsulaban las células.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington ha resuelto este rompecabezas utilizando solo moléculas que habrían estado presentes en la Tierra primitiva. El equipo descubrió que los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, pueden estabilizar las membranas contra los iones de magnesio, utilizando compartimentos llenos de líquido del tamaño de una célula rodeados de membranas hechas de moléculas de ácidos grasos. Sus resultados prepararon el escenario para que las primeras células codifiquen su información genética en el ARN, una molécula relacionada con el ADN que requiere magnesio para su producción, al tiempo que mantiene la estabilidad de la membrana.

Los hallazgos van más allá de explicar cómo los aminoácidos podrían haber estabilizado las membranas en entornos desfavorables. También demuestran cómo los bloques de construcción individuales de las estructuras celulares (membranas, proteínas y ARN) podrían haberse co-localizado dentro de ambientes acuosos en la antigua Tierra.

"Las células están formadas por tipos muy diferentes de estructuras con tipos de bloques de construcción totalmente diferentes, y nunca ha estado claro por qué se unirían de manera funcional", dijo el coautor correspondiente Roy Black, profesor afiliado de química de la Universidad de Washington. y bioingeniería. "La suposición era que, de alguna manera, se unieron".

Black llegó a la Universidad de Washington después de una carrera en Amgen por la oportunidad de completar los detalles cruciales y faltantes detrás de ese "de alguna manera". Se asoció con Sarah Keller, profesora de química de la UW y experta en membranas. Black se inspiró en la observación de que las moléculas de ácido graso pueden autoensamblarse para formar membranas, y planteó la hipótesis de que estas membranas podrían actuar como una superficie favorable para ensamblar los bloques de construcción de ARN y proteínas.

"Se pueden imaginar diferentes tipos de moléculas que se mueven dentro de la sopa primordial como pelotas de tenis borrosas y pelotas de squash que rebotan en una gran caja que está siendo sacudida", dijo Keller, quien también es coautor del artículo. "Si alineas una superficie dentro de la caja con Velcro, solo las pelotas de tenis se adherirán a esa superficie y terminarán juntas. Roy tuvo la idea de que las concentraciones locales de moléculas podrían mejorarse mediante un mecanismo similar".

El equipo demostró previamente que los componentes básicos del ARN se unen preferentemente a las membranas de ácidos grasos y, sorprendentemente, también estabilizan las membranas frágiles contra los efectos perjudiciales de la sal, un compuesto común en el pasado y presente de la Tierra.

El equipo planteó la hipótesis de que los aminoácidos también podrían estabilizar las membranas. Utilizaron una variedad de técnicas experimentales, que incluyen microscopía óptica, microscopía electrónica y espectroscopía, para evaluar cómo interactúan 10 aminoácidos diferentes con las membranas. Sus experimentos revelaron que ciertos aminoácidos se unen a las membranas y las estabilizan. Algunos aminoácidos incluso desencadenaron grandes cambios estructurales en las membranas, como la formación de esferas concéntricas de membranas, muy parecidas a las capas de una cebolla.

"Los aminoácidos no solo protegían las vesículas de la interrupción de los iones de magnesio, sino que también creaban vesículas multicapas, como membranas anidadas", dijo la autora principal Caitlin Cornell, estudiante de doctorado de la Universidad de Washington en el Departamento de Química.

Los investigadores también descubrieron que los aminoácidos estabilizaron las membranas a través de cambios en la concentración. Algunos científicos han planteado la hipótesis de que las primeras células pueden haberse formado dentro de cuencas poco profundas que pasaron por ciclos de altas y bajas concentraciones de aminoácidos a medida que el agua se evaporaba y el agua nueva se filtraba.

Los nuevos hallazgos de que los aminoácidos protegen las membranas, así como los resultados anteriores que muestran que los bloques de construcción de ARN pueden desempeñar un papel similar, indican que las membranas pueden haber sido un sitio para que estas moléculas precursoras se ubiquen, proporcionando un mecanismo potencial para explicar lo que reunió los ingredientes para la vida.   @mundiario