Teoría de Oparin y experimento de S.Miller

Según Oparin, las condiciones existentes en los primeros tiempos de la historia de la Tierra, una atmósfera rica en hidrógeno, metano, amoníaco y vapor de agua, bombardeada constantemente por los rayos solares ricos en ultravioleta (entonces aún no existía la capa de ozono) y por las descargas eléctricas producidas durante las tormentas, hicieron posible la síntesis de multitud de moléculas orgánicas que cayeron en los océanos formando un “caldo” o “sopa nutritiva”, donde se fue acumulando.

La mayor o menor afinidad entre estas moléculas hizo que se fuesen asociando para crear estructuras más complejas en forma de esferas microscópicas huecas llamadas “coacervados”. Con el tiempo, se fueron autoseleccionando y sobrevivieron las que tenían capacidad autorreplicativa, que constituirían las primeras células.

No se sabe cuándo ni cómo estos coacervados pasaron a constituir un verdadero organismo. Probablemente, durante miles o millones de años se fueron seleccionando y perfeccionando para convertirse en las primeras “protocélulas”.

Fue el químico norteamericano Stanley L. Miller (1930-2007) quien demostró junto a Harold Urey (1893-1981), siendo aún un estudiante universitario, que las ideas de Oparin eran acertadas, o al menos podían ser plausibles. En una experiencia que reproducía las condiciones de la atmósfera primitiva y la radiación de hace 4 000 millones de años, obtuvo compuestos orgánicos a partir de una mezcla inicial de compuestos inorgánicos.

Así demostró que la materia orgánica podía aparecer espontáneamente a partir de la inorgánica en las condiciones adecuadas.

La experiencia consistió en hacer circular una mezcla gaseosa con esa composición a través de un aparato cerrado. En otra ampolla había agua hirviendo. Se sometió a los gases a una descarga eléctrica producida por una chispa de electrodos de tungsteno. A continuación se condensó la mezcla gaseosa y se añadió al agua hirviendo para su recirculación. Todos los compuestos no volátiles que se hubiesen formado se acumularían en el agua. Se hizo trabajar el aparato durante una semana.

Como resultado se obtuvo la síntesis de varios aminoácidos como alanina, glicina, ácido glutámico y ácido aspártico y otros compuestos orgánicos.

Los científicos repitieron estos experimentos y obtuvieron también purinas, pirimidinas, azúcares y 18 de los 20 aminoácidos esenciales para la vida. También se obtuvieron polímeros como polipéptidos en condiciones prebióticas.

Estos compuestos prebióticos se sabe que no son exclusivos de la Tierra, por técnicas radioastronómicas se han detectado compuestos orgánicos relativamente sencillos en las nubes de polvo interestelar.

Los tres primeros encontrados son intermediarios muy importantes para la síntesis prebiótica como el formaldehído del cual se originan azúcares; el ácido cianhídrico de los que se obtienen aminoácidos y adenina y el cianoacetileno del cual derivan bases pirimídicas.

Sin embargo, el experimento de Miller no es mas que un argumento circular, crearon las condiciones ideales para producir aminoacidos, sin evidencia alguna asumieron que la atmosfera primitiva era reductora, hoy sabemos que habia oxigeno por evidencia geologica abrumadora, los aminoacidos que obtuvo fue una mezcla racemica de L y D, solo aminoacidos L pueden conformar una proteina biologicamente funcional, en fin, que se puede decir de este experimento que algunos consideran la validacion de Oparin.

Consiste en la circularidad , o sea era 100% predecible bajo esas circunstancias que iban a obtener esos aminoacidos, lo otro fue asumir como certeza que la atmosfera prebiotica era reductora con metano y amoniaco.

UTILIDAD DE LOS NUCLEÓTIDOS ESPECIALES EN EL MÉTODO DE SANGER

Entre los componentes de la reacción se incluyen nucleótidos que no tienen un grupo hidroxilo en su extremo 3’(ddNTP), nucleótidos especiales, para poder obtener una terminación específica en las cadenas.
Una vez que el nucleótido especial se incorpora como el residuo terminal, evita que la cadena de ADN sintetizada continúe extendiéndose. La incorporación de los nucleótidos especiales es al azar, de tal forma que se obtienen fragmentos de todos los tamaños posibles que terminan en un residuo específico.
En el método de Sanger (1977), la estrategia es hacer cuatro
reacciones diferentes de síntesis de ADN, utilizando un nucleótido especial distinto en cada tubo. Con la mezcla del nucleótido normal (dNTP) y su terminador (ddNTP), se pueden generar fragmentos complementarios de diferentes tamaños que terminan en el mismo nucleótido. Después, estos fragmentos se pueden separar en un gel de electroforesis con cuatro carriles distintos, para determinar la secuencia del templado.

EXPERIMENTOS DE TRANSFORMACIÓN BACTERIANA DE AVERY, McLEOD Y McCARTHY (1944). EL PRINCIPIO TRANSFORMANTE ES EL ADN.

Avery, McLeod y McCarthy mediante analísis químicos, enzimáticos y serológicos y utilizando técnicas de electroforesis, ultracentrifugación y espectroscopía aislaron a partir de los extractos de neumococos SIII (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas con el mayor grado de pureza posible en la época. Estas cinco fracciones diferentes fueron una correspondiente a Polisacáridos, otra de Lípidos, una de Proteínas, otra de ARN y otra de ADN.

Con cada una de estas fracciones procedentes de SIII muertos por calor intentaron transformar las células RII vivas en SIII. Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformar los neumococos RII en SIII excepto la fracción químicamente pura que contenía ADN (ácido desoxirribonucleico).

Para asegurarse de que solamente la fracción de ADN era capaz de transformar los neumococos RII en SIII, emplearon enzimas de degradan o digieren específicamente el ADN. Cuando trataban la fracción de ADN con estas enzimas y después intentaban transformar las células RII en SIII, no lo conseguían. Si trataban la fracción de ADN con enzimas que degradan específicamente el ARN y después intentaban la transformación, las células RII se transformaban en SIII. Si la fracción de ADN se trataba previamente con proteasas (enzimas que degradan las proteínas) también conseguían transformar los neumococos RII en SIII.

Conclusiones de Avery, McLeod y McCarthy: Teniendo en cuenta que la única fracción químicamente pura de los neumococos SIII muertos por calor que puede transformar los neumococos RII en SIII es el ADN, el Principio Transformante detectado por Griffith debe ser el ADN. Por tanto, la molécula responsable de convertir los neumococos no virulentos en virulentos es el ADN y, por consiguiente, en él debe residir la información genética.

 

La primera demostración de que el ADN es el material hereditario se debe, por tanto, a Avery, McLeod y McCarthy en 1944, pero la comunidad científica, en ese momento, no estaba preparada para aceptar sus resultados, ya que pensaban que el ADN era una molécula monótona que consistía en la repetición de un tetranucleótido y que no podía ser la molécula que almacenaba la información genética ya que no disponía de la variabilidad suficiente. Sin embargo, las proteínas eran muy variables y si eran consideradas como candidatos a ser el material hereditario.

La transformación en bacterias: para conseguir que una bacteria se transforme es necesario que el ADN exógeno o transformante penetre en su interior, posteriormente, el ADN exógeno o transformante debe integrarse en el ADN bacteriano, luego debe expresarse y, por último, tiene que transmitirse de una bacteria a otra.

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Experimentos de Transformación Bacteriana de Griffith (1928). El Principio Transformante.

El material empleado por Griffith (médico inglés) fue la bacteria Diplococcus pneumoniae o neumococo y los ratones. Cuando se inyecta a un ratón con el esputo de una persona enferma (con neumonía) dicho ratón muere de septicemia a las 24 horas. Esta capacidad virulenta de los neumococos se debe a la presencia de una cápsula de polisacáridos (polímeros de glucosa + ácido glucurónico) que envuelve a la bacteria y la protege de la fagocitosis.

Para poder realizar cualquier estudio genético es necesaria la existencia de variabilidad para el carácter analizado. Griffith observó la existencia de diferentes tipos de neumococos: neumococos virulentos de tipo S que dan lugar a colonias con aspecto liso y brillante (producen la cápsula azucarada que los protege de la fagocitosis del huésped) y neumococos no virulentos (avirulentos) de tipo R que dan lugar a colonias de tipo rugoso y mate (carecen de la cápsula azucarada protectora).

Esquema colonias S y R

Experimento control: Griffith nuca había observado que los neumococos RII (no virulentos) mutarán o cambiarán a SIII (virulentos).

Griffith observó que si inyectaba a los ratones con neumococos de tipo RII (avirulentos) a las 24 horas seguían vivos, mientras que si los inyectaba con neumococos SIII (virulentos) a las 24 horas los ratones morían. Entonces decidió calentar los neumococos SIII (virulentos) para destruirlos y posteriormente inyectarlos a los ratones, encontrando que los ratones seguían vivos después de 24 horas. Por consiguiente el calor, destruía el poder infectivo de los neumococos SIII. Por último, inyectó a los ratones una mezcla de neumococos RII vivos (no virulentos) y de SIII (virulentos) previamente muertos por calor, encontrado que los ratones morían a las 24 horas y extrayendo de su sangre neumococos SIII vivos.

Conclusiones de Griffith: puesto que los neumococos RII (avirulentos) nunca mutan a SIII (virulentos), en el último experimento se demuestra la existencia de una sustancia presente en los extractos de neumococos SIII muertos por calor que es capaz de transformar a los neumocos RII vivos en SIII vivos, dicha sustancia fue denominada por Griffith el Principio Transformante.

Estudios posteriores pusieron de manifiesto que la transformación de neumocos RII en SIII se podía realizar en tubo de ensayo sin necesidad de utilizar ratones en el experimento. Es decir, se puede mezclar en el mismo medio de cultivo líquido neumocos RII vivos con neumococos SIII previamente muertos por calor y obtener neumococos SIII vivos y virulentos.

 

Transformación de RII en SIII en tubo de ensayo.

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