Tan audaz fue el experimento de Marcus Bray que incluso él temió que fallara.
En el sistema dentro de las células que traduce el código genético en vida, reemplazó aproximadamente 1,000 linchpins esenciales con sustitutos primitivos para ver si el sistema traduccional sobreviviría y funcionaría. Parecía imposible, pero funcionó a la perfección, y Bray tenía pruebas convincentes de que elGran constructor de proteínas estuvo activo en las duras condiciones en las que evolucionó hace 4 mil millones de años.
El éxito del experimento reafirmó el lugar del sistema traslacional en los primeros cimientos de la vida en la Tierra.
Todos los seres vivos existen porque el sistema de traducción recibe mensajes del ADN entregados por el ARN y los traduce en proteínas. El sistema se centra en una máquina celular llamada ribosoma, que está hecha de múltiples moléculas grandes de ARN y proteínas y esubicuo en la vida tal como la conocemos.
"No hay nada vivo sin ribosomas", dijo Loren Williams, profesor de la Facultad de Química y Bioquímica del Instituto Tecnológico de Georgia. "El ribosoma es la parte más antigua y más universal de la biología, y sus orígenes se remontan aun tiempo no mucho después de que la Tierra se haya formado y enfriado "
Come tu magnesio
Esos linchpins que Bray sacó y reemplazaron fueron iones metálicos átomos con cargas, en este caso positivo
En el ribosoma de hoy, y en todo el sistema de traducción, son iones de magnesio, y el experimento de Bray los reemplazó a todos con iones de hierro e iones de manganeso, que eran abundantes en la Tierra primordial. Williams y Jennifer Glass, los principales investigadores del nuevo estudio, también tenían sus dudas de que esto fuera factible.
"Pensé, 'No va a funcionar, pero podríamos intentar el disparo a la luna'", dijo Williams, quien ha liderado un trabajo similar antes pero con moléculas más simples. "El hecho de que se haya cambiado todo el magnesio en el sistema de traducciónen realidad funcionó fue alucinante "
Esto se debe a que en los sistemas vivos de hoy en día, el magnesio ayuda a formar los ribosomas manteniéndolos unidos. El magnesio también es necesario para unas 20 enzimas adicionales del sistema traduccional. Es una de las razones por las que el magnesio Mg en la dieta es tan importante.
"La cantidad de cosas diferentes que el magnesio hace en el ribosoma y en el sistema de traducción es enorme", dijo Williams. "Hay tantos tipos de actividades catalíticas en la traducción, y el magnesio está involucrado en casi todas".
Tierra de eructos de lava
Cuando evolucionó la primera vida, las fisuras en la corteza terrestre aún arrojaban lava y los impactos de meteoritos aún eran comunes. No había oxígeno respirable y el planeta estaba lleno de hierro y manganeso.
Esto puede haberlos hecho atractivos para que el sistema de traducción los use como iones dominantes. El magnesio probablemente también estuvo involucrado, aunque probablemente estuvo menos disponible que hoy.
Los investigadores querían saber si el sistema de traducción evolucionó por primera vez para funcionar con esos otros metales como sus linchpins. Entonces, Bray, un asistente de investigación graduado en el laboratorio de Williams y Glass, cambió los iones de magnesio por ellos, tabula rasa.
"No teníamos ninguna razón sustancial para creer que funcionaría, y fue una gran sorpresa para todos nosotros cuando lo hizo", dijo Bray. Y corroboró firmemente que el sistema de traducción habría prosperado en las primeras condiciones de la Tierra.
Bray, el coprimer autor Timothy Lenz y los co-investigadores principales Glass y Williams publicaron sus resultados en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 9 de noviembre de 2018. La investigación fue financiada por el programa de Exobiología de la NASA. Glass es profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech.
'Resultados de reescritura de libros de texto'
Sorprendentemente, los intercambios atómicos apenas cambiaron la forma del ribosoma.
"Es totalmente increíble que esto funcione porque la biología hace un uso muy específico de las cosas. Cambia un átomo y puede destruir una proteína entera", dijo Williams. "Cuando investigamos la estructura, vimos que los tres metales hacen esencialmente lo mismo".cosa a la estructura "
Cuando probaron el rendimiento del sistema de traducción con hierro reemplazando al magnesio, era del 50 al 80 por ciento tan eficiente como lo normal con magnesio. "El manganeso funcionó incluso mejor que el hierro", dijo Bray.
"Creo que estos pueden ser resultados de reescritura de libros de texto ya que todo el campo de la investigación de ribosomas involucra magnesio", dijo Bray. "Ahora, con lo que hemos hecho, ya no es el caso de que solo el magnesio funcione".
tienda de gas primordial
Bray incubó ribosomas en presencia de magnesio, hierro o manganeso dentro de una cámara especial con una atmósfera artificial desprovista de oxígeno, como la Tierra hace cuatro mil millones de años.
Encontró que el reemplazo de magnesio fue mucho más allá de los átomos en el ribosoma.
"Alrededor del ribosoma también hay una gran nube de átomos de magnesio. Se llama atmósfera o caparazón y lo envuelve por completo. Reemplacé todo, incluido eso, y todo el sistema aún funcionaba".
Eones en el futuro, la evolución del sistema traslacional en presencia de magnesio puede haberle dado una ventaja adaptativa. A medida que los niveles de oxígeno en la Tierra aumentaron, uniendo manganeso y hierro libres, y haciéndolos menos disponibles para la biología, el magnesio probablementeasumió cómodamente los miles de roles que ocupa hoy en el sistema de traducción.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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