Aproximaciones al origen de la vida y la evolución de vías metabólicas Licenciado Geovani López Estudiante de doctorado / Instituto de Fisiología Celular / UNAM Esta dirección de correo electrónico está protegida contra los robots de spam, necesita tener Javascript activado para poder verla Cuando se habla de evolución, tal y como decía Oparin, se tiene que contemplar irremediablemente el origen de la vida en términos materialistas; es decir, la formación precedente de compuestos orgánicos que dieron paso a los primeros organismos vivientes. Desde que Virchow produjo su famosa frase Omnis cellula a ce-llula -toda célula proviene de una célula-, dejó en claro la imposibilidad de la generación espontánea, mas no así la interrogante acerca del origen de la vida. La teoría de la panspermia, formulada por Arrhenius en 1903, apenas trasladó a un contexto exobiológico dicha interrogante; si bien es cierto existen evidencias que soportan una posible evolución molecular a partir de componentes hallados en meteoritos denominados condritos carbonáceos, estas consideraciones no profundizan en la explicación sobre el origen de los organismos vivos. En 1933, Oparin propuso una teoría en la que esta-bleció claves moleculares para el origen de la vida sobre la tierra; manifestaba que, por poseer todos los organismos sustancias orgánicas, sin las cuales la vida sería inconcebible, la formación de esos componentes tuvo que haber sido el primer paso hacia el origen de la vida. Todas esas sustancias partieron de compuestos simples como amoníaco, agua, metano, entre otros. Cabe mencionar que los procesos de polimerización, la ruptura de tales polímeros, la combinación de moléculas orgánicas y la oxidación, fueron esenciales en el diseño de los primeros cuerpos proteinoides. INICIO DE LA VIDA Se ha propuesto que la vida comenzó a partir de unos cuantos compuestos simples, los cuales, por procesos de oligomerización, fueron implementando un mayor grado de complejidad, hasta conformar “un mundo ancestral de ácidos ribonucleicos” (ARN). Éste, a su vez, sirvió de precedente en la creación de los primeros organismos enzimáticos y autorreplicantes. Mucho se ha discutido sobre este aspecto, y la razón para considerar un mundo de ARN es debido a que las primeras biomoléculas en existir debían presentar dos ca-racterísticas principales: la primera de ellas era que pu-diesen llevar a cabo reacciones enzimáticas, y la segunda, que fueran capaces de auto replicarse. Como bien se sabe, el ADN puede replicarse exitosamente, aunque no puede llevar a cabo catálisis alguna. Por otra parte, las biomoléculas catalíticas por excelencia son las enzimas. El problema con éstas es que son incapaces de auto replicarse. Hasta 1983, parecía que no iba a existir molécula alguna que pudiera presentar esa doble función; sin embargo, Thomas Cech, de la Universidad de Colorado, y Sidney Altman, de la Universidad de Yale, descubrieron algo que denominaron ribozima: una molécula de ARN con capacidad catalítica. UN MUNDO DE ARN Este gran descubrimiento llevó a considerar que las pri-meras células en existir provenían de un mundo de ARN. El paradigma sintáctico sobre un mundo de ARN ha tenido desde hace tiempo un gran impulso, pero se han encontrado, algunas veces, discrepancias al tratar de fundamentar el origen de la vida sobre la base exclusiva de ácidos ribonucleicos. En suma, se estima que el origen de la vida surgió hace tres mil 800 millones de años, a partir de unos cuantos elementos que fueron ensamblándose hasta constituir polímeros de diferente naturaleza (i.e. proteínas, lípidos y ácidos nucleicos). Todo esto contribuyó a una especia-lización de las diversas rutas metabólicas, así como a la complejidad y diversidad de biomoléculas actuales. La abundancia de recursos y la ausencia de competidores eran características inherentes a la Tierra primitiva; el surgimiento de organismos que fueran capaces de utilizar los nutrientes disponibles tuvo que haber sido el siguiente paso en la evolución biológica, y esto sólo podía ser visualizado en virtud de procesos metabólicos que relacionaran los sistemas coloidales y los sistemas en- zimáticos en formación.     VÍAS METABÓLICAS Al establecer que los estudios evolutivos se fundamentaban en similitudes y diferencias en los diferentes planos de organización celular y taxonómica, este mismo esquema inductivo podía servir en la reconstrucción filogenética del metabolismo, a través de análisis comparativos que sirvieran de evidencia en la explicación del surgimiento de vías metabólicas. Una primera aproximación al respecto se relaciona con ciertos aspectos mencionados anteriormente; la cantidad de recursos disponibles en la Tierra primitiva, si bien fue abundante, no fue ilimitada. Esto hizo que a la postre -tal vez después de cientos de miles o millones de años-, los recursos decrecieran. A partir de esos momentos, la vida sobre la Tierra estuvo supeditada a recursos limitados, como aminoácidos, carbohidratos, nucleótidos, entre otros. De esta manera, los organismos que fueran capaces de adaptarse a esas condiciones de compuestos limitados y que fueran capaces de sintetizar sus propios recursos a partir de componentes más sencillos, presentarían una mayor ventaja selectiva y esto sólo fue posible al instaurar diversas rutas metabólicas . EVOLUCIÓN RETRÓGRADA Lo anterior plantea dos escenarios posibles en la evolución de vías metabólicas, ambos contemplados en el siglo pa-sado: el primero de ellos, propuesto por Horowitz en 1945, hace hincapié en el modelo denominado “stepwise” o “evolución retrógrada”, el cual explica que la evolución de las primeras moléculas enzimáticas fue precedida por una serie de pasos en orden inverso a su producto final; es decir, en un proceso biosintético secuencial, que da como resultado un producto (i.e. aminoácido). La última enzima de la vía fue la primera en surgir; la segunda, la penúltima, y así sucesivamente. Para tal efecto, los diversos intermediarios de las diferentes rutas se encontraban presentes en la denominada Tierra primitiva. Esto surge al asumir que, cuando el precursor de un metabolito disminuye, se requiere una nueva enzima para sintetizarlo a partir de moléculas disponibles; esta nueva enzima poseerá la capacidad para interactuar con dichas moléculas. Sin embargo, su mecanismo de acción no necesariamente estará relacionado con la primera enzima. Esta postura es sumamente interesante y guarda cierta secuencia lógica, si se analiza en un cierto contexto la Tierra primitiva, ya que en un pasado remoto los únicos compuestos disponibles eran biomoléculas ya formadas; los primeros organismos utilizaron estas moléculas como parte fundamental de su metabolismo heterótrofo. Al presentarse un decremento de las mismas, lo obvio sería considerar que en vez de generar todos los pasos de una ruta metabólica para la síntesis de compuestos requeridos, los organismos utilizaran los precursores más inmediatos para formar la última reacción requerida en dicha síntesis . HIPÓTESIS DEL MOSAISISMO Otro de los argumentos importantes en la evolución y el surgimiento de las vías metabólicas fue propuesto por Jensen en 1976, denominado hipótesis del mosaisismo (Patchwork), según el cual, células ancestrales, al poseer concentraciones pequeñas de genes, tenían cantidades limitadas de enzimas; para contrarrestar esta disposición limitada de enzimas, enzimas “primitivas” debieron de poseer una amplia especificidad en la captación de sustratos; es decir, la formación fortuita de metabolitos ofreció a esas células ancestrales una gran flexibilidad bioquímica con un mínimo contenido de genes. Estas enzimas fueron altamente inespecíficas y tenían una gran capacidad de catalizar reacciones químicas similares en diferentes vías metabólicas. Las hipótesis de Horowitz y de Jensen son complementarias, y responden a tiempos evolutivos diferentes; en el caso de la primera, hay una gran cantidad de ejemplos donde enzimas adyacentes presentan homologías; tales enzimas homólogas conforman las denominadas suprafamilias, que se encuentran ligadas metabólicamente, mientras que la segunda manifiesta un claro ejemplo de lo que ha ocurrido con una gran diversidad de familias de proteínas. Cualquiera que sea el argumento utilizado para definir la evolución de las vías metabólicas, algo patente es que las enzimas evolucionan a través de procesos donde la capacidad catalítica permanece inalterable, mientras la especificidad por los sustratos es modificada. Pudiese existir otro punto de partida que apunta al surgimiento de las vías metabólicas, asociado con la duplicación de genes, la oligomerización y hetero-oligomerización de sus productos. DUPLICACIÓN DE GENES Jensen, al igual que Horowitz, pone de manifiesto la importancia de la duplicación de genes y asegura que basta una nueva enzima -producto de una duplicación- para que a la postre pueda instaurarse una nueva vía metabólica. Existe evidencia que sugiere que, paralelamente a la duplicación de genes, pueden existir también duplicaciones de vías metabólicas. Los casos relacionados con la biosíntesis de leucina y lisina por un lado y de histidina y triptófano por otro son una muestra de ello . CONSIDERACIONES Independientemente del origen de la vida y la instauración de diversas vías metabólicas a lo largo de la evolución, existe un punto de coincidencia en todas las especies que las hermana químicamente: un origen en común que se mantiene vigente y que, oculto a simple vista, relata poco a poco una historia molecular cuyo fin está  ligado al fin de la existencia misma… REFERENCIAS Horowitz, N. H. (1945). “On the evolution of biochemical syntheses.” Proc Natl Acad Sci U S A 31: 153-7. Jensen, R. A. (1976). “Enzyme recruitment in evolution of new function.” Annu Rev Microbiol 30: 409-25. Lazcano-Araujo, Antonio. El origen de la vida: evolución química y evolución biológica. 3a ed. México. Trillas. 2007. Oparin, I. A. El origen de la vida. Grijalbo. México. 1968. Panno, J. THE CELL: Evolution of the First Organism. Facts On File. Inc. E.U.A. 2005.