¿La secuencia de nucleótidos está codificando el código genético en el ADN por sus propiedades químicas?

Muy bien, abróchate el cinturón.

La secuencia de nucleótidos en una cadena sencilla de ADN está determinada por la secuencia de nucleótidos en la cadena complementaria. A la temperatura del cuerpo humano, la mayoría del ADN existe en un estado bicatenario, con enlaces de hidrógeno entre cada cadena que los mantiene unidos. Estos enlaces de hidrógeno se forman entre adenina (A) y timina (T), y citosina (C) y guanina (G). No se forman entre otras combinaciones de nucleótidos. Esto nos permite conocer, sin ambigüedades, la secuencia de ADN de una cadena dada su cadena complementaria. Por ejemplo, si una región de una cadena de ADN se ve así:

5 ′ – AAGTCCCTGA – 3 ′

Entonces sabemos que fue polimerizado contra una región de ADN que se veía así:

3 ′ – TTCAGGGACT – 5 ′

(Las etiquetas 5 ‘y 3’ indican polaridad. El extremo 5 ‘de un nucleótido es químicamente diferente del extremo 3’, y los enlaces de hidrógeno entre nucleótidos solo se forman entre nucleótidos que están en orientación opuesta entre sí. Es por eso que haga que se inviertan las etiquetas en el segundo filamento).

¡Pero espera! ¿No es ese razonamiento circular? Si un hilo fue producido por el otro, ¿de dónde vino el hilo original?

Esto, creo, llega a la raíz de su pregunta original. La respuesta es que también se produjo junto con un capítulo complementario. Cuando una célula se divide, cada hélice de ADN de doble cadena se divide en cadenas individuales, y las cadenas complementarias se sintetizan contra cada una de esas cadenas. Como cada cadena lleva la información necesaria para recrear sin ambigüedad la cadena complementaria, la célula se queda con dos copias de moléculas de ADN en su mayoría idénticas. Estas copias se segregan en diferentes lados de la célula durante la mitosis, y después de que la célula se divide, se dejará una copia del dúplex de ADN bicatenario en cada célula hija (nota: solo me estoy refiriendo al comportamiento de los cromosomas individuales en este punto, pero la lógica es la misma para todas las moléculas de ADN dentro de una célula eucariota).

Aargh! ¡Eso no explica nada! Si la secuencia de una cadena está determinada por la cadena complementaria, y viceversa, y el ADN idéntico se hereda en ambas células cuando una célula se divide, ¿entonces de dónde viene la secuencia original? ¿Por qué hay diferentes especies? ¿Por qué no todos los humanos se ven iguales?

Ah El escenario está listo. He hecho la revelación. Ahora, permítame presentarle … el prestigio.

Cuando el ADN se replica, lo hace de manera imperfecta . Es casi perfecto, pero se cometen errores: aproximadamente una base en 10 millones se copia incorrectamente; estos errores de copia se llaman mutaciones . Cuando ocurren tales errores, a menudo no desaparecen, porque la siguiente cadena que se sintetiza contra la cadena mutada también heredará esa mutación. Aquí hay un ejemplo:

Hilo original:

5 ′ – AGGTTCA – 3 ′

Cadena complementaria (mutante):

3 ′ – TC A AAGT – 5 ′ (mutación en negrita)

Cuando estas cadenas se dividen, y una nueva cadena se sintetiza contra la cadena mutante, ahora se verá así:

5 ′ – AGTTTCA – 3 ′

Compare esto con el hilo original. Tenga en cuenta la diferencia.

Estas mutaciones surgen cada vez que el ADN se replica y, además, son solo un tipo de mutación. También es posible que regiones de ADN se inserten en cadenas existentes, o que las secuencias cambien entre moléculas de ADN, o que las regiones de ADN se dupliquen en una repetición. Cada vez que una célula se divide, las mutaciones se acumulan dentro del ADN, y esas mutaciones pueden propagarse de generación en generación. Considere, si lo desea, un organismo simple, como la levadura. Cuando esta célula se divide, produce dos células hijas que son en gran medida, pero no del todo , idénticas a sí mismas. Cuando cada una de estas células se divide, las células hijas heredan las mutaciones únicas que surgieron en sus células progenitoras, y también acumulan mutaciones únicas propias. Basado estrictamente en la secuencia de ADN, podemos decir que cada división crea un nuevo linaje de ADN; un árbol genealógico, si quieres. Al comparar el ADN de las células madre y las células hijas, puede ver dónde surgió cada mutación única en el linaje. Pero dado que cada vez se producen más células cada generación (después de todo, todas las células hijas se reproducen), y cada una de esas células hereda las mutaciones de los padres y obtiene nuevas propias , cuanto más tiempo continúe la población de células para dividir, mayor será la variación en la secuencia de ADN. Juega hacia adelante el tiempo suficiente y eventualmente tendrás todas las secuencias de ADN posibles representadas en tu población. Siempre que no exista correlación entre la secuencia de ADN y la capacidad de la célula para reproducirse. Que, por supuesto, la hay.

El ADN lleva la información necesaria para impulsar la función celular. No tiene sentido por sí solo, pero colóquelo en una célula sana y ese ADN comenzará a funcionar. Cuando surge una mutación, la mayoría de las veces es inofensiva: tipo A. Algunas veces se arruina un proceso celular importante, y la célula muere sin reproducirse – tipo B. El resto del tiempo, la mutación en realidad mejora la capacidad de la célula para reproducirse, tipo C.

Si todas las mutaciones cayeran bajo el tipo A, obtendría lo que describí anteriormente: una sopa de células que contiene todas las secuencias de ADN posibles. Pero ellos no. Las mutaciones de tipo B matan inmediatamente la célula, por lo que cada vez que surgen, el linaje individual de esa célula cesa. Por lo tanto, en la sopa de células, veríamos algunas regiones de ADN que curiosamente estaban submutadas que el resto, ya que el organismo en sí no puede tolerar mutaciones en estos lugares. Llamamos a tales regiones conservadas , ya que se comparten entre linajes. Por otro lado, las mutaciones de tipo C, que facilitan la capacidad de replicación de la célula huésped, se observarían con una frecuencia mucho mayor que las mutaciones de fondo normales, porque las células que adquieren mutaciones de tipo C pueden producir más rápido, y sus células hijas también capaces de producir más rápido, y sus hijas pueden producir más rápido, etc. Estas “supercélulas” pueden competir más que las demás por espacio y recursos. Avanza el reloj y prácticamente todas las células de la sopa habrán heredado la mutación tipo C.

Esta es, por cierto, la base de la evolución por selección natural . Las mutaciones que ayudan al organismo a reproducirse se transmitirán, mientras que las que dañen al organismo no. A medida que cambia la secuencia de ADN, cambia la morfología de las células, al igual que la forma en que interactúan con el medio ambiente. A medida que un linaje adquiere la capacidad de explotar un recurso novedoso o un nicho ecológico, se separará de los otros linajes y creará una nueva población propia. Si se vuelve lo suficientemente diferente de la población original, podríamos llamar a este linaje una nueva especie . Pero todavía está relacionado con las otras poblaciones. Todavía comparte ancestros comunes con esas poblaciones.

De hecho, cada forma de vida celular en la tierra comparte un ancestro común entre sí . La vida solo evolucionó una vez, y la diversidad que surgió a través de la adquisición y eliminación selectiva de información genética es lo que dio lugar a la increíble complejidad de nuestra biosfera.

Es importante destacar que ninguno de estos mecanismos requiere ningún tipo de influencia divina. Si bien existe cierto debate sobre cómo se desarrolló la primera protocelda (le recomiendo que mire la hipótesis del Mundo del ARN; creo que es bastante convincente), una vez que apareció la primera protocelda, el surgimiento de una vida diversa era esencialmente inevitable. Todo lo que necesitaba era tiempo.

Si. Sin embargo, es probable que el ADN no sea la molécula de almacenamiento de datos original, que probablemente era ARN. El ARN es mucho más reactivo químicamente que el ADN, por lo que no solo puede almacenar información en su secuencia de bases, sino que también puede realizar operaciones de copiar, cortar y pegar enzimáticamente. La mayor evidencia que tenemos es el ribosoma, una estructura macromolecular que hasta el día de hoy está compuesta principalmente de ARN con una estructura catalítica 3D. La máquina molecular en el núcleo de la vida celular es un fósil viviente altamente funcional que literalmente tiene miles de millones de años.

Google RNA world y conjuntos autocatalíticos. Explicaré más en una edición posterior.

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