¿Cómo se formaron las primeras moléculas de ARN o ADN?

La respuesta corta es una increíble cantidad de suerte.

Quizás el camino a la vida comenzó en la Tierra con la creación natural de moléculas orgánicas. Un estudiante graduado de la Universidad de Stanford pudo demostrar que los fenómenos naturales como los rayos podían superar la energía de activación para la síntesis de moléculas orgánicas.

Después de mucha más suerte, surgieron las biomoléculas y, en última instancia, los primeros organismos. Estos organismos utilizan ARN para almacenar su información genética. El ARN es menos estable que el ADN, por lo que era propenso a mutaciones. Dadas las duras condiciones durante la vida temprana, esto fue ventajoso, ya que cuando se combinaba con la Selección Natural permitía un alto grado de adaptabilidad.

Se produjo un último cambio que provocó que muchos organismos sustituyeran el ADN por ARN. Las condiciones en la Tierra se volvieron menos duras, por lo que surgió la necesidad de organismos que mutaran con menos rapidez. Supongo que el ADN surgió de mutaciones en el ARN que habrían creado una molécula más estable (y, por lo tanto, con una mutación menos rápida). Reemplazar uracilo con timina, usar desoxirribosa en lugar de ribosa, y agregar una hebra adicional para crear una estructura helicoidal doble, todo ayudó a crear una molécula más estable que es superior al ARN para almacenar información genética.

Hola…

Estoy asombrado con las explicaciones e hipótesis bastante bonitas dadas por otros para apoyar sus puntos de vista, y todas las explicaciones parecen legítimas ya que realmente no conocemos el mecanismo exacto de tal evolución. teorías de la evolución de macromoléculas son muy controvertido como hemos podido rastrear el origen exacto de este tipo de moléculas. La teoría del origen bioquímico de la vida por Alexander Oparin y JBS Halden dio una idea de cómo las acumulaciones e interacciones aleatorias de átomos y moléculas producían una gran cantidad de moléculas bioquímicas complejas. Algunas moléculas eran muy estables en los entornos reductores iniciales y algunas continuaron produciendo polímeros largos. Algunas moléculas formaron precursores de ARN y ADN capaces de auto replicarse y auto catálisis hasta que las proteínas tomaron el mando sobre las propiedades enzimáticas.

Fuente de la imagen: los nuevos hallazgos desafían los supuestos sobre los orígenes de la vida

Espero eso ayude.

Hay 2 maneras:

1. hebras cortas de ARN pueden hacerse abióticamente a través de reacciones químicas El origen de la vida
   síntesis abiótica de ARN en agua: un objetivo común de la química prebiótica y la biología sintética de abajo hacia arriba
2. ADN y ARN se pueden hacer de los nucleótidos dentro de protocélulas que se hacen abióticamente de proteínas

En este escenario, los aminoácidos se calientan. Cualquiera de secar calentado como en una piscina de marea o en solución en los respiraderos hyrothermal (400 ° C). Los aminoácidos se formarán proteínas. Luego, cuando se agrega agua a los aminoácidos secos y calentados (la marea regresa) o las proteínas se mueven hacia agua más fría (respiraderos hidrotermales), las proteínas forman espontáneamente células vivas. Estas células (llamadas “protoceldas”) son aproximadamente del tamaño de las bacterias. Algunas de las proteínas en la protocelda son enzimas y catalizan reacciones necesarias para la vida.

Una de las reacciones catalizadas por las proteínas es la síntesis de ARN y ADN:
JR Jungck y SW Fox, Síntesis de oligonucleótidos por microesferas proteinoides que actúan sobre ATP. Naturwissenschaften, 60: 425-427, 1973

Entonces, primero las proteínas, luego las células vivas, luego las células producen el primer ARN y ADN.

Gracias por el A2A. Supongo que es tan bueno como cualquiera, aunque no tan bueno como los que están en el campo 😉

Para empezar, propondría que el ADN surgiera primero de la necesidad de una molécula de almacenamiento de información más estable que aún pudiera mutar entre las repeticiones. El ADN podría haber sido una de las muchas soluciones diferentes a este problema o podría haber sido la única inevitable.

Como muchos sugieren, el desarrollo del ADN surgió del mundo del ARN. Esto tiene sentido ya que ambas moléculas son químicamente muy similares. Además, el ARN es capaz de llevar a cabo una gama mucho más amplia de funciones tales como la auto-catálisis que el ADN no puede realizar. Todas estas funciones habrían sido necesarias para la propagación de las moléculas antes del desarrollo del sistema actual de maquinaria celular altamente específica. En este ejemplo, el ADN funciona exclusivamente (que yo sepa en este momento) como una molécula de almacenamiento de información que requiere su maquinaria circundante para replicarlo. Todo demasiado complejo para que sea el precursor del ARN en lugar de viceversa.

Después de todo eso, todavía nos preguntamos cómo surgieron las primeras moléculas de ARN. Esa es una pregunta completamente diferente, pero creo que se aborda de manera similar al ADN. Es decir, que estaríamos en la búsqueda de precursores químicos y moléculas más simples que darían lugar a ellos. ¿Era el ARN la única solución o había alternativas? ¿Cómo se hizo cargo finalmente el ARN de lo que había allí? Mucho de eso podría ser una posibilidad también, pero siempre habrá una situación en la que pequeños cambios sucesivos a lo largo de muchas generaciones produzcan un gran cambio acumulativo.

Excelente pregunta, y el tema central en los orígenes de la búsqueda de vida. El modo de ver, el ARN inicial / ADN plantillas para enzimas y proteínas para el más simple vivir verdaderamente entidad-metabolización de codificación, cada vez mayor hasta que la viabilidad reproductiva, que forma una pared de protección, es decir, vivos-el número de pares de bases de ácido nucleico necesarias codificar una copia de la forma de vida SIMPLEST sería … … dejar que el arqueólogo biólogo dé una mejor aproximación: ¿50,000 pares de bases? 100.000 pares de bases? La vida ‘más simple’ en la tierra tiene, qué, 1 millón o 2 millones de pares de bases de ácido nucleico en su ADN. Vamos a suponer que podría haber algo de realizar funciones que viven con una décima parte de la longitud, es decir, 200.000 nucleótidos. Para autorreplicación, una necesidad entidad viviente, como mínimo, sea ‘instruir’ sí mismo para crear moléculas Helicase a ‘descomprimir’ su molécula de ADN / ARN, girasa para evitar que la unión en la estructura terciaria, ya que untwist, polimerasa para catalizar nuevas hebras de las dos hebras hija. (Es poco posible que sólo 200.000 pares de bases se codificar información suficiente, que está destinado como un número ilustrativos). Si que el tamaño de una molécula de DNA / RNA podría servir como plantilla para las proteínas y enzimas para la vida suficientes, que tenía que ser allí desde el COMENZANDO. No parece haber ninguna razón para que un proceso gradual de comidas por partes sirva como una trayectoria, cómo cualquier cosa menos que codificar estas funciones serviría para preservarse y multiplicarse, una entidad que se propaga continuamente, creando un tipo específico o especies de vida sobre las cuales la evolución podría funcionar. Así que todavía me pregunto: ¿Cómo (por ejemplo) 200.000 nuclietides en flotación libre (dejando a un lado la cuestión de cómo tal concentración de adenina, guanina, citosina, guanina o uracilo llegaron a estar en una piscina de la marea) de forma espontánea y por atracción química por así decirlo , se unen, para permitir la copia / reproducción de la primera forma de vida? No lo sé. Me gustaría leer una explicación factible. La gente de diseño inteligente dice “intervención divina”, creación ex nihilo. Los científicos naturales denuncian “argumentar por ignorancia”. El libro de biología de mi hijo habla de “síntesis prebiótica de pequeñas moléculas orgánicas” y de “microesferas proteinoides”, de la “apariencia” del “metabolismo oxidativo”, pero no de los orígenes de ADN / ARN. ¿La primera entidad metabolizó y luego metabolizó una molécula autocodificante de ácido nucleico? Explicar que a mí. Confieso ignorancia y tiempo insuficiente para leer toda la literatura.

La respuesta es que no lo sabemos. Puede haber algunos indicios: sabemos que los aminoácidos e incluso los nucleósidos se forman con bastante facilidad en condiciones insinuadas en el registro geológico, e incluso hemos podido detectar algunos de estos compuestos en el espacio, lo que implica que probablemente haya otros condiciones donde se favorece esa química.

Fuera de eso, no sabemos las circunstancias en que se formaron polímeros de ribosa (la columna vertebral de ARN y ADN). Sospechamos que el ARN probablemente apareció primero, porque es más simple y se ha demostrado que el ARN puede actuar como un biocatalizador por sí solo.

Es probable que las cosas se desarrollen de manera fragmentaria, no moléculas monolíticas, sino muchas moléculas similares en solución, que reaccionan lentamente entre sí. Una vez que una reacción produce un catalizador orgánico, la solución cambiará rápidamente de composición. Lo que pasa con las moléculas que componen la vida hoy en día es que se autoensamblan muy rápidamente debido a la presencia de catalizadores que favorecen las reacciones que las producen, por lo que es razonable creer que una vez que se establecieron los primeros catalizadores, la tasa de evolución de moléculas aumentado dramáticamente. Incluso entonces, estamos hablando de desarrollos a escala geológica, no solo eones de tiempo, sino también en un enorme reactor bio-favorable de un entorno que cubría el planeta.

No habrá forma de saber con certeza la serie de eventos que lo precipitaron, pero la química favorece la idea de que podría suceder dadas las condiciones adecuadas durante millones de años.

Los ácidos nucleicos que pueden formarse a partir de la química básica en el medio ambiente, sin embargo, son poco comunes y pueden ser adsorbidos en la superficie de las arcillas, que también son naturales y bastante comunes. La arcilla puede tener variaciones en las cargas superficiales que permiten que diferentes ácidos nucleicos se organicen en un orden aleatorio en el que pueden polimerizar muy lentamente o quizás rápidamente en presencia de otras sustancias para actuar como catalizadores. Después de formar muchos mil millones o billones de moléculas al azar en un lapso de tiempo geológico (o tal vez en los primeros minutos diez fueron expuestos al sustrato de arcilla en una solución acuosa), uno de los polímeros de ácido nucleico podría terminar con una estructura específica que actúa como la arcilla, en primer lugar, reuniendo copias de sí mismo. Los errores en ese proceso causados ​​por factores ambientales permiten que se formen nuevas moléculas con diferentes propiedades y que esas moléculas con mayor probabilidad de auto replicarse en el entorno local se volverían más numerosas haciendo copias adicionales y nuevas moléculas. En resumen, que evolucionaron en un proceso similar a la vida, pero no considera en general que todos los aspectos de la vida. Más bien como mezclar un montón de productos químicos y ver qué precipita. Seamos sinceros. Incluso los humanos solo están caminando hablando de reacciones químicas, pero la mayoría mantendría un estándar más alto que la mera replicación y evolución para definir la vida y no consideraría las primeras moléculas de ADN o ARN “vivas”

Los ácidos nucleicos (principalmente ARN corto) fueron formados por el medio ambiente, de forma abiótica. Permanecieron moléculas como otras sin ningún significado. Solo eran energía almacenada, pero no había vida para alimentarse. La información solo puede ser utilizada por personas legibles. La crucial “primer paso” no era una molécula, sino un complejo mejor que ser descrito como el trabajo como un ribosoma.

El proceso de lectura estaba dando sentido a los ácidos nucleicos (principalmente ARN cortos). Para obtener más información, lea: La respuesta del usuario de Quora a los ribosomas es responsable de construir proteínas. Como ellos mismos contienen proteínas, ¿cómo evolucionaron los primeros ribosomas?

Esas moléculas de ARN que podrían enredarse entre sí tenían mayores tasas de supervivencia.

El ADN carecía de sentido e inútil al principio e incluso después de que los ribosomas pudieran dar sentido a las moléculas de ARN. Se requirieron toneladas de mejoras para usar el ADN como un puerto seguro para la información. Esa historia se contará mucho más tarde.

No tengo antecedentes científicos, pero esto es lo que entiendo que sucedió.

ARN formado a partir de materiales orgánicos presentes en la corteza terrestre temprana. Prosperó hasta que los bombardeos pesados ​​temprano durante la época haeden que trajo oxígeno a la Tierra primitiva. La vida ARN presente en esta Tierra primitiva se vio obligado a evolucionar para hacer frente a las consecuencias de este nuevo entorno. Entonces, se creó espontáneamente una nueva cadena de carbono con oxígeno incorporado. El ARN anaeróbico en ese momento no pudo sobrevivir; sin embargo, estos nuevos nucleótidos pudieron reproducirse y evolucionar, dominando así el planeta.

Además, ciertas moléculas de ARN exhiben actividad enzimática, es decir, pueden catalizar reacciones. Algunos otros son partes centrales en complejos de proteínas. No tengo conocimiento de que la molécula de ADN natural se comporte de la misma manera.
Sin embargo, la mayoría del ADN es claramente más estable, como un disco duro o SSD frente a la memoria RAM.