LOS ORÍGENES DE LA VIDA: LOS ORÍGENES DE LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS
MACROMOLÉCULAS AZÚCARES Y ÁCIDOS NUCLEICOS
Hola, soy Sarah Maurer y en esta clase hablaré
sobre los azúcares y los ácidos nucleicos,
dos de las cuatro macromoléculas que conforman las células.
Los azúcares son muy importantes porque se utilizan para generar
y almacenar energía biológica.
En el esquema se puede ver que el dióxido de carbono
es transformado en glucosa a través de la fotosíntesis
en las plantas y algunas algas.
Este azúcar es almacenado hasta que tengamos que usarlo
y generar ATP a través de la respiración,
después de lo cual exhalamos el carbono y el oxígeno de nuestros pulmones.
Los azúcares se usan en otras tareas en organismos multicelulares,
y en células individuales sirven para el reconocimiento celular
y la protección celular por parte de la capa de peptidoglicano.
Ellos también constituyen la parte fundamental
de las macromoléculas de ARN y ADN.
Los azúcares tienen una inmensa variedad de estructuras.
Aquí se puede observar que cuando se tiene un azúcar con tres carbonos,
existe, solamente, una estructura posible.
Pero cuando bajamos, tenemos un azúcar de seis carbonos que puede tener
muchas estructuras posibles con propiedades distintas.
Cuando hablamos de azúcares, hablamos de azúcares D
Los azúcares D tienen el penúltimo átomo de carbono unido
al grupo -OH a la derecha. Se puede ver que, en cada capa,
el penúltimo átomo de carbono tiene un grupo -OH a la derecha.
Los otros carbonos que pueden tener el grupo -OH,
en cualquier lado derecho o izquierdo, tienen todas las variaciones posibles
para formar los componentes de los azúcares posibles.
El más común y el que se puede reconocer en este grupo es la glucosa,
el azúcar con seis átomos de carbono.
Cuando a un azúcar lo llamamos "aldosa", nos estamos refiriendo
a que el primer átomo de carbono del azúcar esta unido a un átomo
de oxígeno con un doble enlace, llamado "aldehido".
Hay un segundo tipo de azúcar que tiene el doble enlace
en el segundo átomo de carbono
y se denomina "cetosa", o un "azúcar cetosa".
En las cetosas hay menos variaciones
porque tienen menos átomos de carbono que tienen dos lados.
Pero todavía nos queda el penúltimo átomo de carbono con un grupo "hidroxilo",
o grupo -OH, situado a la derecha; es decir, es un azúcar D.
Probablemente, la cetosa más conocida es la fructuosa,
la cual se muestra en el azúcar de seis átomos de carbono, la hexosa.
Estos azúcares no siempre son lineales;
de hecho, pocas veces están en su forma lineal en el cuerpo.
La ribosa se presenta en su forma lineal en alrededor de un 0,9 % de las veces;
el resto de las veces, se pliega en un anillo de seis miembros
o en uno de cinco miembros.
Las de anillos de seis miembros se llaman "piranosas" y las de cinco miembros
se llaman "furanosas".
De modo que esto le da a un azúcar de seis átomos de carbono
cuatro formas adicionales, ¿correcto?
O sea, los azúcares pueden tener una enorme diversidad de estructuras,
lo cual les permite realizar una gran cantidad de funciones,
o una gran diversidad de funciones.
La otra parte importante de la estructura de los azúcares
es si el grupo -OH reactivo
está abajo
o arriba en el azúcar.
Aquí el grupo -OH reactivo se muestra en verde
y se llama oxígeno "anomérico".
El oxígeno anomérico es el del aldehido o el de la cetosa,
y está arriba en el azúcar, un azúcar lineal.
Puede terminar, dependiendo de cómo abre el enlace,
abajo y, por lo tanto, lo llamaríamos azúcar "alfa"
o terminar arriba y, por ello, lo llamaríamos un azúcar "beta".
Debido a que el oxígeno anomérico es el oxígeno reactivo,
por allí es por donde los azúcares se van a polimerizar;
que es por donde vamos añadir funcionalidad al azúcar.
Por eso, los polizacáridos son muy importantes,
están en nuestro cuerpo y son azúcares de reserva como la amilosa, o almidón,
que están presentes en las papas, o la celulosa que está presente
en los azúcares estructurales de las plantas.
Una razón extra del porqué de su importancia
es que la ribosa forma parte de nuestro ADN y ARN
y el tipo de ribosa que está en nuestro ADN o ARN
es la forma beta furanosa de la ribosa
que, como se puede ver, no es abundante
la formación natural de la ribosa cíclica,
pues se necesitan enzimas para generar esa forma beta furanosa
a partir de la ribosa.
Los azúcares se pueden obtener prebióticamente
a través de la reacción denominada "formosa"
La llamamos reacción de formosa
porque tomamos estos formaldehidos orgánicos
y los hacemos reaccionar para obtener, cada vez, unidades más grandes de carbono.
En la tierra primitiva, el formaldehido se hizo posible
a través de la reacción de dióxido de carbono, o de monóxido de carbono,
con el gas hidrógeno.
La reacción de estos en el agua resulta en cadenas de azúcares
cada vez más grandes; azúcares de cinco o seis átomos de carbono.
Si se deja que esta reacción continúe por mucho tiempo en este proceso,
se obtendrá algo muy parecido al alquitrán,
algo similar a lo que resultaría si se nos pasa el caramelo.
Una vez sintetizados los azúcares de cinco y seis átomos de carbonos,
en la tierra primitiva, comienza la formación de los "ácidos nucleicos"
que son el segundo tipo de macromoléculas.
Para obtener un ácido nucleico; primero, tiene que haber
una "nucleobase" y se llaman "base" porque contienen nitrógeno y carbono.
El nitrógeno es lo que los hace que sean una base.
Hay dos tipos de bases: "purinas" y "pirimidinas".
Las purinas tienen un anillo de seis miembros
unido a uno de cinco miembros y son la adenina y la guanina,
la base A y la base G. Las pirimidinas son la citosina (C),
timina (T) y uracilo (U) y constan de un solo anillo de seis miembros.
El uracilo solo se encuentra en el ARN y la tiamina solo se encuentra en el ADN.
Estas nucleobases pueden [formar] reconocimiento específico
entre pares de bases.
La adenina, o base A, se aparea,
con la base T, lo que llamamos los pares
de bases de "Watson y Crick", para formar el par A-T.
Esta base tiene dos enlaces de hidrógeno que están aquí,
en línea punteada, entre A y T.
Este no es un enlace covalente, no es tan fuerte como un enlace real,
pero sirve para unir las bases
y también para separarlas cuando sea necesario copiarlas.
En el par G-C, se puede ver que hay tres enlaces de hidrógeno
que hace que este par sea más fuerte.
Es un poco complicado crear la base G-C en las mismas condiciones
que existían antes del origen de la vida
En esta síntesis, se observa que se inicia en el centro con metano,
CH4, y nitrógeno, N2.
El metano y el nitrógeno se pueden condensar y formar
un cianuro o una gran molécula compleja compuesta por carbono y nitrógeno,
a la cual sigue una serie de reacciones para formar, finalmente, estas bases
que están resaltadas con color amarillo en la periferia.
Como se puede observar, existen varias formas de sintetizar cada base
El uracilo, por ejemplo, aparece en distintos lugares
y estas bases también se pueden sintetizar en diferentes condiciones ambientales,
dependiendo de la localización donde queramos el inicio de la vida.
Una vez que obtenemos las bases, las añadimos a una de las ribosas
que previamente se obtuvo a través de la reacción formosa.
Las bases que aquí se muestran en color gris
se han añadido al primer átomo de carbono de la ribosa.
Recuerden que esta es la parte reactiva de la ribosa
donde, normalmente, hay un grupo -OH,
pero el grupo -OH sale y el carbono se une a uno de los nitrógenos de las bases.
La ribosa tiene un grupo -OH en el segundo átomo de carbono
si es una molécula de ARN.
ARN significa "ácido ribonucleico".
Pero si es ADN, este pierde ese grupo -OH
y, por lo tanto, es un ácido desoxirribonucleico.
Aquí se puede ver, en la estructura de la derecha,
que se ha perdido el grupo -OH.
Ese grupo -OH es en verdad muy importante
para la formación de puentes de hidrógeno,
lo cual le confiere al ARN muchas más posibilidades funcionales
y estructurales complejas;
el ADN es, predominantemente,
para almacenar información. Como se puede observar, el último átomo
de carbono de la ribosa
está unido a un grupo fosfato
y esta unión de azúcar con fosfato
constituirá la columna vertebral de los ácidos nucleicos, los polímeros.
Entonces, en los polímeros de ácido nucleico tendremos un fosfato
y un azúcar, otro fosfato y otra azúcar como una columna vertebral
y las bases quedan hacia el exterior de los ácidos nucleicos,
lo cual les permite unirse
y formar los pares de bases de Watson y Crick
a lo largo del ácido nucleico.
La formación de estos polímeros
se puede hacer a través de una de estas dos vías:
en la manera prebiótica se toma el nucleótido
se deseca con otro nucleótido y se obtiene esta reacción de condensación
muy parecido a lo que sucede con los péptidos y lípidos
para producir una molécula más grande.
Así que quitamos el agua a través de la deshidratación
y obtenemos un polipétido o una unidad de múltiples nucleótidos.
La manera en que lo hace nuestro cuerpo es tomando ATP
o tomando un trifosfato, en lugar de un solo fosfato.
El enlace trifosfato es un enlace de alta energía
y cuando se rompe, dirige la reacción sin necesidad de deshidratar la muestra.
Así pues, la energía proviene del rompimiento del enlace del fosfato,
en vez de energía proveniente de la deshidratación
y de la energía térmica. Entonces, cuando el enlace
de fosfato se rompe, la ribosa se enlaza con el fosfato
de una segunda molécula
y así se forma el polímero de los ácidos nucleicos estructurados.
Una vez obtenidas todas las biomoléculas:
tenemos ácidos nucleicos en la sopa prebiótica,
tenemos lípidos en la sopa prebiótica,
tenemos proteínas en la sopa prebiótica,
y tenemos azúcares en la sopa prebiótica.
Mezclamos, en la misma forma que lo hacen los sistemas vivientes,
las biomoléculas en las mismas proporciones;
le añadimos un poco de energía, la agitamos, la calentamos
y aun así no creamos la vida.
Entonces, surge una pregunta: ¿Qué es lo que falta?