NeoFronteras

Fragmentos de ADN se autoorganizan en cristales líquidos

Área: Biología — miércoles, 28 de noviembre de 2007

Un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder y de la Universidad de Milán ha descubierto una inesperada fase de tipo cristal líquido en moléculas de ADN ultracortas disueltas en agua, proporcionando un nuevo escenario para un paso clave en la aparición de la vida sobre la Tierra.

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Segmentos de ADN formando una fase de cristal líquido. Foto: Michi Nakata.

Desde los experimentos de Miller y Urey sabemos que se pueden conseguir, de manera sencilla, los ladrillos moleculares elementales de los que todos los seres vivos estamos hechos. También sabemos cómo a partir de una célula procariota sencilla pueden evolucionar todas las formas de vida conocidas gracias a la selección natural. Pero la parte que está entre estas dos fases se resiste a nuestro análisis e inteligencia. Quizás nuestros laboratorios son pequeños y el lapso de una vida humana muy corto si lo comparamos con un planeta al completo haciendo experimentos prebióticos durante millones de años. No obstante hay científicos que investigan cómo podrían haber surgido las primeras moléculas autorreplicantes portadoras de información, paso esencial para que surgiera la vida tal y como la conocemos.
El físico Noel Clark afirma que su equipo encontró sorprendentemente que fragmentos cortos de ADN (molécula portadora de la información genética) pueden ensamblarse en distintas fases de cristal líquido. Al parecer estas moléculas se autoorientan paralelas unas a otras formando columnas en el agua. Cualquier resultado relativo a la autoorganización de estas moléculas puede ayudar al, hasta ahora, escaso conocimiento que tenemos sobre el origen de la vida sobre la Tierra.
Como la formación de cadenas moleculares tan uniformes como las de ADN es imposible bajo una química aleatoria, estos investigadores han estado buscando maneras efectivas de que moléculas simples espontáneamente se autoseleccionen, se ensamblen y se autorrepliquen.
El nuevo estudio muestra que en la mezcla de pequeños fragmentos de ADN, aquellas moléculas capaces de formar cristales líquidos se condensan selectivamente en agregados en los que las condiciones son favorables para que se unan unas a otras formando moléculas más grandes que a su vez refuerza la tendencia a formar cristales líquidos.
Estos investigadores creen que si pequeños fragmentos de ADN pueden espontáneamente autoensamblarse en columnas que contienen muchas moléculas, pudo ocurrir que en el pasado moléculas similares de ADN, ARN o sus precursores, y que aparecieron como fragmentos, fueran capaces de condensarse en cristales líquidos y que selectivamente dieran lugar a moléculas más grandes y complejas capaces de portar información compleja.
Los cristales líquidos se usan en muchas pantallas electrónicas (TFT y similares). En ellas hay una disolución de moléculas con forma alargada que se orientan en la misma dirección dentro de dominios. Esta orientación puede ser cambiada mediante la aplicación de campos eléctricos, y afecta a la luz polarizada que los atraviesa.
Las moléculas de ARN y ADN son largas cadenas de nucleótidos o bases capaces de guardar información genética. Ya se había visto que estas largas cadenas se podían organizar en cristales líquidos de manera espontánea de manera parecida a como un puñado de espaguetis se ordenan en una caja que es agitada.
La idea de este equipo de investigadores era comprobar si este efecto se podía dar para fragmentos muy cortos de ADN. Encontraron que incluso fragmentos de sólo seis bases de longitud se podían organizar en cristales líquidos pese a no tener forma alargada.
El análisis estructural de estas fases de cristales líquidos mostró que éstas se presentan porque los fragmentos se unen unos a otros por sus extremos de forma reversible, formando la estructura alargada necesaria.
Para poder estudiar el fenómeno los investigadores utilizaron difracción de rayos X en microhaz combinado con microscopia óptica. Estos experimentos proporcionaron pruebas directas de la estructura columnar de las fases de cristal líquido.
Cuando mezclaron disoluciones de fragmentos de ADN complementario y no complementario observaron que esencialmente todo el ADN complementario se condensaba en forma de gotas de cristales líquidos, separándose físicamente de los segmentos no complementarios. Esto significa que estas pequeñas moléculas tienen la habilidad de “buscarse unas a otras”, emparejarse de manera adecuada para formar conjuntos internamente autoorganizados, y de este modo facilitar el crecimiento de moléculas más grandes.
En esencia los condensados de cristales líquidos seleccionan los componentes moleculares apropiados y con la química adecuada podrían dar lugar, de manera evolutiva, a moléculas mayores seleccionadas para estabilizar la fase de cristal líquido. Según los autores, si esta hipótesis es correcta la forma lineal del polímero de ADN actual sería un vestigio de la formación mediante un orden de cristales líquidos.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en University of Colorado at Boulder.
Artículo original en Science (resumen).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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12 Comentarios

  1. vito:

    Cada día me gusta más esta página. Gracias por tu trabajo :D

  2. francisco moya leiva:

    Mi teoría: hace 4.500 mll. años. La Tierra giraba rapidísima sobre un magna en estado primario. La luna fue absorbida e impactó con la Tierra. El choque no la desintegró. Consiguió salir al exterior y seguir su propia órbita. En la salida ingentes cantidades de magma se depositaban en el manto solidificándose. Nacia Pangea. El impacto frenó la rotación de La Tierra. La luna al tiempo de enfriarse emitía gases creando la atmósfera primitiva. La vida no nació en el mar. Sino en las nubes. Un medio acuoso, movimiento. Efecto invernadero. Luz solar filtrada. Los átomos eran magnetizados por descargas de rayos que chocaban por diferencias de temperatura a la par que La Luna se alejaba. Reagrupándose átomos en grupos. Los rayos generaban sobre ellos duplicados que una vez eran repelidos tenían vida común. Acababa de nacer la primera molécula. Es mi teoria.yesapel.com

  3. NeoFronteras:

    Su teoría contradice muchos resultados científicamente establecidos. No obstante, sí se ha especulado con la posible síntesis de vida en atmósferas de planetas jovianos, cuyos tamaño, profundidad y otras cualidades físicas darían suficiente juego.

  4. tomas:

    La solución de Francisco para la formación de la Luna, su preexistencia, choque tangencial y órbita progresivamente en continuo alejamiento, me convence más que el choque de la Tierra con un planeta del tamaño de Marte, -creo que teoría más al uso-, porque, que yo sepa, no se conoce donde está ese hipotético planeta.

  5. lluís:

    Es necesario continuar investigando cómo podrían haber surgido las primeras moléculas autorreplicantes portadoras de información genética. Los creacionistas del diseño inteligente(?) utilizan lo que Richard Dawkins denomina “Teorias del vacio”. Es decir, allí donde la ciencia no tiene aún respuesta(un vacío) los forofos del creacionismo “inteligente” ven la mano del Ser supremo. Esperemos que este estudio ayude a desbrozar el intrincado camino del origen de la vida.

  6. lluís:

    Y, ya que he hablado de Richard Dawkins; se me acaba de ocurrir una pequeña reflexión (aunque pudiera verse al margen del artículo en sí mismo). Fué Dawkins quien preconizó la existencia de algo llamado “meme”. Muchos dudan de la realidad física en la naturaleza de tal artefacto. Yo mismo me preguntaba que podría ser físicamente un “meme”, porqué lo cierto es que tenía una cierta tendencia a creer en él, dada su definición y sus bien visibles efectos. Pero Daniel Dennett en su último libro “Breaking the spell” ( o “Rompiendo el Hechizo”) me convencido de su realidad. En primer lugar, se pregunta, de que están hechas las palabras. Cierto,y sin embargo bien que se transmiten como información a través de distintos medios. Y en segundo lugar, una frase del libro referido como la que seguirá hace muy difícil refutar el “meme”: “Para la fe ciega el “meme” asegura su propia perpetuación a través del simple e inconsciente recurso de desalentar la investigación racional”. ¡Bingo! Y, si alguien me preguntará a que viene esto, diría que “por si las moscas” ( hay algo aquí arriba, quiero decir en algún comentario, que no acabo de interpretar).

  7. NeoFronteras:

    Algo para existir no necesita ser un ente físico. Lo que si es cierto que cuesta imaginar un ente como un meme, un gen, un byte, etc. si un soporte físico. Se llevan la palma los priones que simplemente son proteínas mal plegadas y que consiguen transmitir su “información” pos simple contacto.
    A estas alturas el concepto de meme está aceptado.
    Por otro lado Dennett y otros que han intentado esclarecer el fenómeno religioso desde el punto de vista racional en estos tiempos tan oscurantistas, tienen un mérito muy grande.

  8. francisco moya leiva:

    En mi teoría; La Luna se formó en el mismo instante que La Tierra. La acompañó hasta su órbita. En su camino se agrandó con los residuos de carbono y condensación de hielo que desprendía el magma terráqueo. Si La tierra tiene 13.000 millones de años de antigüedad y La Luna se aleja cada año 3cm. Dan, 30.000km. cada mil millones de años. 30.000 por 13 dan 390.000km. que es la distancia que hay desde La Tierra al satélite. Es mi teoría.

  9. NeoFronteras:

    Su teoría simplemente no funciona. Si la Luna y la Tierra se hubieran formado a la vez tendrían la misma densidad con un núcleo central de hierro. Sin embargo la densidad de la Luna es mucho más baja que la de la Tierra e igual la del manto y corteza terrestre y no tiene núcleo de hierro. Esto es consistente con que no había Luna y ésta fue formada tras un colisión a partir de las capas externas de la Tierra.

  10. francisco moya leyva:

    Si La Luna no tuviera núcleo de hierro. No existiría magnetismo con el núcleo de La Tierra. El magma cubrió al pedrusco. Solo hay que ver como el magma de un volcán llega a enfriarse. Se vuelve piedra volcánica. Piedra que flota por su poca densidad. Un saludo.

  11. NeoFronteras:

    La Luna no tiene campo magnético.
    De todos modos todo esto no está relacionado con el ADN, tema de la noticia.

  12. jose ri cardo molina:

    Ya es tiempo de que seamos conscientes que a la vez que la vieja tierra se acaba, se está formando una nueva tierra y una nueva humanidad y un “nuevo cielo”. Estoy recopilando información para un ensayo acerca de los nuevos paradigmas de la humanidad: Por ejemplo, el llamado método científico, para que ahora sirva, exige del “científico” el iniciar siempre su trabajo con una interiorización o meditación cósmica y debe adentrarse en el uso al menos intrínseco de la percepción como un sentido que ya se empieza a hacer manifiesto directo en las personas…

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